基于混沌的数字图像加密综述

为了进一步讨论和完善混沌在数字图像加密领域应用已经取得的成果和存在的问题,简述了该领域的发展历程,总结了混沌作用于图像置乱的两大主流设计思想,对图像置乱的理论基础和主流方案进行了讨论,分析了传统置乱加密算法的弱点和不足。给出了常用的混沌置乱方法,介绍了混沌作用于加密系统的一般思路和应用混沌进行加密时应注意的几个问题,提出了灰度替换和像素置乱算法的评估标准等新见解,并讨论了该领域的发展方向。     

一种基于分块和混沌网的图像置乱方法

图像置乱是实现图像加密的重要手段之一。由于混沌系统具有非周期性、遍历性、伪随机性和对初值的高度敏感性,因而已被广泛应用于图像置乱。为提升图像置乱效果和置乱性能,现提出了一种图像分块与混沌网相结合的图像置乱方法。该方法首先利用一种分块思想将图像进行置乱,进而构造一种混沌网,并将其应用于分块置乱的结果。实验结果表明,该方法不仅可取得良好的置乱效果,并具有较强的抗攻击性能。     

一类改进型基于混沌的图像置乱网络设计

基于混沌映射的图像置乱是图像加密的一种常用方法。为了增加图像置乱网络的复杂度和提高网络运行的速度，提出了一种改进型基于混沌的图像置乱网络。该网络首先对混沌映射区间进行二次划分．然后在二次划分的区间上将混沌映射的迭代值动态量化为置乱图像的坐标，从而不仅克服了有限精度下混沌轨道遍历混沌映射区间的时间复杂度高的问题，而且减少了搜寻新坐标的迭代次数。另外，还通过计算机实验，对置乱网络的遍历时间复杂度及其置乱性质进行了分析。结果表明，这种置乱网络不仅提高了算法的运行速度，而且增加了密钥参数和密钥空间，具有良好的置乱性质，可以有效地保障加密图像的安全性。     

基于混沌的图像空域复合加密方法的研究

混沌动力系统是一种确定性非线性系统,具有类随机行为。利用其良好的伪随机性、轨道的不可预测性和混沌系统对初始状态及结构参数的极端敏感性等诸多优点,可以构造出良好的图像信息加密系统。提出了一种新的图像加密算法,利用两种混沌映射,分别对图像像素进行灰度置乱和位置置乱。实验和分析结果表明,此种算法在加密速度上有所提高并且对明文变化具有一定的敏感性,使得抵抗已知明文攻击的能力有了一定的提高,加密效果令人满意。     

基于混沌系统和分数阶傅里叶变换的图像加密算法

设计一种基于混沌系统和FRFT（Fractional Fourier Transform）的图像加密算法。图像加密过程分两个步骤：首先利用混沌系统生成的置乱矩阵对图像进行置乱加密,然后利用FRFT将置乱加密的图像进行双随机相位加密得到最终的加密图像。该方案的安全性依赖于混沌系统的参数敏感性、相位掩膜和FRFT阶的随机性。理论分析和仿真实验表明,该方案具有良好的图像加密效果。     

基于复合混沌序列与小波变换的图像加密算法

针对单一混沌映射有可能退化为周期问题以及图像置乱加密计算量大的缺点,提出了一种基于复合Logistic和Chebychev映射与小波变换的图像加密算法。算法根据密钥控制复合混沌序列的初始参数,生成混沌序列,进而对图像进行置换加密,然后对加密后的图像进行小波分解,再对小波近似系数进行置乱加密。实验结果表明,该算法改进了单一混沌序列的退化问题,使混沌序列具有更好的随机性并改进了图像的直方图分布,算法具有良好的加密效果。     

采用交叉耦合混沌系统的加密数字图像

提出了一种基于交叉耦合的“新虫口模型”的图像加密算法。利用这种交叉耦合混沌系统同时生成两组混沌序列,并用其中一组来置乱图像,另外一组改变像素灰度值进行加密。这种使用单一耦合混沌系统同时置乱和加密的算法,有别于目前用一个混沌系统置乱、用另一个混沌系统加密图像的主流算法,提出了一种改进的混沌加密图像思路。仿真结果和安全分析表明该算法扩大了密钥空间,具有较高的安全性能和较低的时间复杂度。     

基于分数傅里叶变换的混沌图像加密方法

基于混沌映射的图像置乱是图像加密的一种常用方法,加密过程利用Logistic混沌动力学系统过程既非周期又不收敛,且对初始条件敏感的特性,产生实数值混沌序列。对数字图像进行空域置乱和分数傅里叶变换,实现图像的双重加密。计算机模拟表明该方法具有很好的加密效果。     

一种基于混沌的图像置乱网络的设计

该文利用Logistic映射生成的混沌序列具有遍历性和良好的相关性等特点,提出了一种混沌图像置乱网络,并对置乱网络的遍历时间复杂度及其置乱性质进行了分析。计算机模拟结果显示,这种图像置乱网络具有良好的置乱性质,可以有效的保障加密图像的安全性。     

一种新的基于混沌序列的图像加密技术

利用混沌序列的特性,提出了一种新的基于混沌序列的图像加密技术。首先由密钥生成实数值混沌序列,然后结合图像置乱在空间域对图像进行加密。实验证实了该技术的有效性,具有很好的加密效果。     

一种新的彩色图像信息融容密码技术

本文从色度学的角度提出了一种全新的密码技术一彩色图像信息融容密码技术,即根据色度学理论,将待传输或存储的彩色图像原文和用于加密或解密的彩色图像密钥在RGB颜色空间和XYZ颜色空间中进行线性和非线性的定量变换,使颜色信息得以融容,形成难以辨认和破解的密码图,从而实现对文本、图像的传递。     

基于离散分数余弦变换的图像加密算法研究*

为了提高图像加密的效率和安全性,采用态函数线性组合法构造了一种离散分数余弦变换函数,利用其良好的正交性能及具有分数阶参数和周期参数的特点,提出了一种基于离散分数余弦变换的图像加密新方法。该加密算法采用了图像分块（图元）的方法。将图像分成大小不同的图元,使用离散分数余弦变换对每个图元分别进行行变换和列变换,从而完成对图像的加密。实验结果分析表明,该算法的加密效果、效率和抗穷举攻击能力是令人满意的。     

基于图像伪装与双向差值扩展的密文域可逆信息隐藏算法

数字图像在云环境下的安全性问题已成为信息安全领域的研究热点之一。为解决传统密文域可逆信息隐藏算法缺乏伪装性,容易受到恶意攻击与信息隐藏空间容量小的问题,提出了基于图像伪装加密与双向差值扩展的大容量密文域可逆信息隐藏算法。该算法首先利用矢量量化与离散小波变换两种技术对原始图像进行伪装加密,从而保证隐蔽性,使得图像在云环境中安全传递;其次采用基于双向差值扩展的信息隐藏技术对伪装加密图像进行秘密信息的嵌入,以实现高容量的信息隐藏。实验结果表明,所提算法不仅实现了图像伪装,而且最终得到的含密伪装图像与原始图像在视觉上无明显差别,峰值信噪比达到40 dB以上,对原始图像起到了很好的伪装效果;同时实现了高容量的秘密信息嵌入,图像平均嵌入率接近0.6 bpp,表现出了良好的实验性能。     

一种基于图象特征的小波水印

本文提出了一种用于图象版权鉴定的小波水印方法。该方法在一定的量化标准下利用小波变换提取图象的特征信息，通过混沌序列对其加密生成数字水印。然后，根据HVS的特点和小波系数间的内在联系确定嵌入强度和位置，将水印信息自适应地嵌入到低频部分。该方法保证了鲁棒性，并实现了脱离原图和参考水印的高概率检测。实验结果表明，这是一种行之有效的图象鉴定方法。     

基于ZUC可分离加密图像可逆水印算法

本文基于祖冲之(ZUC)算法,设计实现了一种可分离加密图像可逆水印算法,算法中内容所有者先进行图像标记并生成位置图,然后使用ZUC加密算法加密载体图像;水印嵌入者得到加密图像后根据位置图将水印信息嵌在选中像素的第7位或第8位;接收者根据加密密钥和嵌入密钥可以得到直接解密图像、水印信息和恢复图像.算法使用ZUC算法对图像进行加解密,很好地保证算法的安全性;在嵌入水印信息之前对图像进行标记,将水印信息嵌在选中的位置上;接收者在利用相邻像素相关性基础上通过一种自适应差值算法实现水印提取和图像恢复,保证恢复的载体图像和直接解密图像的质量.实验表明所提出的算法具有较高的安全性并且达到可分离的效果,同时恢复的载体图像和直接解密图像都具有较高质量.     

结合Kd-树和熵编码的密文图像可逆数据隐藏

目的 密文图像可逆数据隐藏技术既可以保证载体内容不被泄露,又可以传递秘密信息,在军事、医疗等方面发挥着重要的作用。然而,以往的大多数方法存在图像冗余未被充分利用、数据嵌入容量不足等问题。为解决这些问题,提出了一种结合Kd-树和熵编码的高容量密文图像可逆数据隐藏算法。方法 该方法在图像加密之前需要对图像应用中值边缘检测(median-edge detector,MED)算法计算预测误差,并把得到的预测误差绝对值图像划分为两个区域:S0区域和S1区域。根据Kd-树标签算法和熵编码生成辅助信息,在对图像使用加密密钥K_e加密之后嵌入辅助信息,生成加密图像;在秘密数据嵌入阶段,根据附加信息和数据隐藏密钥嵌入秘密数据,生成载密图像;在解密阶段可以根据附加信息、图像加密密钥和数据隐藏密钥提取秘密数据并无损恢复图像。结果 实验测试了BOWS-2(break our watermarking system 2nd)数据集,平均嵌入容量为3.910 bit/像素。与现有的几种方法进行比较,该算法可以获得更高的秘密数据嵌入容量。结论 该方法在图像加密前腾出空间,与相关算法相比,实现了更高的嵌入容量,并且可以实现原始图像的无损恢复。     

基于DNA随机编码的真彩图加密算法

针对现有的结合DNA操作和混沌系统对真彩图像加密算法中存在的不足,提出一种新的真彩图加密算法。算法在对图像进行DNA编码及DNA加操作时都以混沌序列为映射随机编码图像信息。算法首先用二维Logistic映射随机编码真彩图分解后的R,G,B分量,从编码后的R,G,B分量中得到辅助参数修改超混沌系统的初值,将超混沌系统产生的混沌序列作为加密模板,再随机选择DNA加操作中的一种对编码后的图像序列和加密模板执行DNA加操作,最后随机解码DNA序列,合并R,G,B分量后得到密文图像。仿真结果表明,本文中提出的加密算法有良好的加密效果,并且能抵御穷举攻击、差分攻击和统计分析攻击。     

基于遍历矩阵和混合密钥的验证和图像空域加密技术

由于图像与人感知外部世界的基本手段相吻合,因此相关的信息量有可能涉及到个人隐私、商业利益、军事机密等,所以多媒体信息的安全问题变得越来越重要。传统的加密系统,如RSA、DES、IDEA、SAFER和FEAL等,其加密速度慢而且不能有效去除相邻像素的相关性,不适合用于图像加密。经过二十多年研究的混沌加密系统具有良好的特性适合图像加密,但大部分是基于对称加密。对称加密比非对称加密速度更快,但是对于密钥的管理制约了其广泛的使用,为了弥补这一缺陷,文章提出混合密钥机制,不仅可用于图像加密,而且可用于验证。遍历矩阵在加/解密系统中不仅作为公开密钥存在,而且是图像置乱和扩散的关键参数。实验结果表明,与现有的混沌加密系统相比,文章提出的图像加密技术彻底置乱和扩散原始图像,并且拥有至少3.08＆#215;105898个密钥的巨大空间,因此足够抵制蛮力攻击。相比于现有的混沌密码系统,文章的实验测试结果更加乐观,在C语言下,置乱和扩散阶段的执行时间相当稳定（分别是1.9-2.0毫秒和2.0-2.1毫秒）。与Yang和Ismail所提出的算法相比,根据文章中的性能评估、敏感度分析和统计分析,文章所提出的算法具有更高的安全性,并且适用于网络传输。     

基于双随机相位的彩色图像加密隐藏技术

为了能够完全无失真的提取隐藏图像,在双随机相位加密的基础上,提出了一种对彩色图像进行加密隐藏的方法.通过构造宿主图像矩阵,可以将待隐藏的彩色图像编码信息的实部和虚部同时隐藏于该宿主图像矩阵中,避免了已有方法需要传输多幅图像的不足.模拟实验结果表明,该方法不仅安全系数高,保密效果好,而且能完全无失真的提取隐藏图像.