改进的引力模型耦合明文像素相关交叉机制的图像加密算法

目的解决当前图像加密技术严重依赖混沌系统,使其通用性较差,难以直接加密非方形图像,且因混沌系统的周期性,算法的安全性不足的问题。方法提出了改进的引力模型耦合明文像素相关交叉算子的图像加密算法。首先,利用多个一维混沌映射,定义联合混沌变换模型,输出密钥流;随后,基于明文像素位置,设计像素相关交叉机制,联合密钥流,对明文进行高效置乱;构造质量动态变化函数,用其替代传统引力模型中的恒定粒子质量,增强算法的敏感性,并用改进的引力模型对置乱图像完成扩散,彻底改变像素值;最后,构建密文增强模型,对输出密文进行二次扩散,扩大密文的NPCR(Number of pixel change rate)与UACI(Unified average changed intensity)值。结果实验结果表明:与当前图像加密机制相比,所提加密算法不但可以扩散方形图像,而且能够对非方形目标直接加密,具有更高的通用性与安全性,以及更强的抗差分攻击能力。结论所提出的算法能够加密非方形尺寸的图像,具有较强的通用性与安全性。     

基于显著像素复合矩阵的多图像同步实时加密算法

目的 研究基于显著像素复合矩阵的多图像同步无损实时加密算法。方法 提出引入ZigZag机制,扰乱所有明文像素位置。定义显著像素择取机制, 将置乱后的密文像素分割为显著像素与次要像素, 形成多个显著像素矩阵。设计迭代复数模型, 将这些显著像素矩阵形成复合矩阵, 借助奇异值分解与Logistic映射, 得到矩阵密钥最后构造扩散函数, 利用矩阵密钥对显著像素复合矩阵执行扩散, 获取密文。结果 文中加密机制高度安全, 且无失真, 与当前多图像加密机制相比, 文中算法的加密效率更高,可满足实时性传输需求。结论 文中算法可同时对多幅图像进行实时安全加密传输。     

基于加权直方图位混淆与分阶混沌异扩散的快速图像加密算法

目的为了解决当前图像加密技术因在置乱和扩散过程忽略了明文像素特性,导致其抗明文攻击能力较弱,并且整个像素扩散均采用相同的加密机制来实现,存在安全性不理想问题,文中设计基于加权直方图位混淆和分阶混沌异扩散的快速图像加密算法。方法该算法充分利用整个明文的像素值,将其嵌入到整个置乱与扩散阶段,且在扩散过程中,利用不同的加密函数对不同的像素进行扩散。首先,联合Logistic与Tent映射,利用非线性组合思想构建新的低维混沌系统,并分析其混沌性能;考虑输入明文的像素值,建立像素加权直方图,借助外部密钥,生成复合混沌系统的初值,通过迭代输出随机序列;再将明文的每个像素在位水平上进行扩展,利用离散化的随机序列在位水平上实现明文混淆;随后,将分数阶理论嵌入Logistic映射中,构建分阶Logistic混沌映射,利用像素的加权直方图对其迭代,输出混沌数组;对混淆密文的像素进行分类,结合混沌数组,设计异扩散模型,对三类像素进行不同的加密。结果测试结果显示,与当前混沌加密算法相比,所提加密机制具有更强的抗明文攻击能力,其输出密文的像素分布更为均匀。结论所提加密技术兼顾了较高的安全性与效率,能够较好地保护图像在网络中安全传输。     

基于混沌系统与多方向扩散的图像加密算法

目的为了避免只从单一方向来扩散图像像素,并提高加密密文的安全性,设计了混沌系统与多方向连续扩散的图像加密算法。方法综合Tent,sine映射,联合改进的Logistic映射,设计混合混沌机制,将Logistic模型的输出值作为触发器,获取一组随机性较强的混沌序列,对初始明文进行交叉置乱,高度混淆其像素位置,有效降低置乱周期性;构建量化机制对混沌序列进行处理,获取密钥流,从而设计多方向连续扩散机制,从4个不同的方向,利用不同的扩散模型来改变像素值,显著降低扩散周期性。结果实验结果显示,与当前混沌加密机制相比,所提算法具有更高的安全性与敏感性。结论所提加密算法能够确保图像在网络中安全传输,在包装信息防伪等领域具有较好的应用价值。     

优美图随机嵌入路径耦合像素优化的图像隐写

目的为了解决当前图像隐写方案不可感知能力差、秘密信息嵌入路径随机性较低、难以抵御盲隐写攻击,以及隐写容量小等问题。方法提出优美图随机嵌入路径耦合像素优化控制的图像无损隐写术。基于HIWT机制将载体图像转换为频域整数系数,实现无损隐写。定义图像直方图修改规则,构造隐藏信息长度估算模型,确定图像分块的频域表示,增强该算法的可靠性。引入LSB替代,设计像素区间控制机制,缩小密文与载体之间的嵌入误差。再嵌入图论,构建优美图,获取随机矩阵,确定秘密信息自适应随机嵌入路径,增强隐写的不可感知性能。借助逆向HIWT获取隐写图像。结果与当前隐写方案相比,文中隐写术具备更强的不可感知性,有效降低了阶梯效应,且隐写容量更高,提取图像无失真。结论文中算法可对图像进行安全无损隐藏,有效保护图像可靠传输。     

基于混合幅度-相位检索技术与二维耦合混沌映射的光学图像加密算法

目的为了解决当前光学图像加密算法主要将单色光束直接作用于明文,使其在解密过程中易出现丢失颜色信息等问题。方法文中设计基于混合幅度-相位检索技术与二维耦合混沌映射的光学图像加密算法。首先,提取彩色图像的R, G, B分量;随后,引入Logistic映射与Sine映射,通过对二者进行非线性耦合,形成二维复合混沌映射;利用彩色图像的像素信息来迭代复合映射,获取3个混沌序列,通过构建位置引擎混淆机制,对R,G,B分量进行置乱;基于Logistic映射,利用明文像素生成的初值条件对其进行迭代,输出一个混沌随机掩码;最后,基于幅度-相位截断方法和Gyrator变换,设计混合幅度-相位检索技术,利用单向二进制相位函数和随机掩码,对置乱后的R, G, B分量进行加密,获取相应的检测振幅,再将其进行组合,形成实值函数的加密密文。结果实验结果显示,与当前光学图像加密机制相比,所提算法具有更高的安全性与解密质量,具备较强的抗明文攻击能力。结论所提加密技术具有较高的抗攻击能力,能够安全保护图像在网络中传输,在信息防伪等领域具有较好的应用价值。     

基于无序分割投影策略与重力模型的图像加密算法

目的解决当前图像算法因其像素置乱和扩散操作与明文无关,导致其抗明文攻击能力较弱,且其置乱过程存在周期性,使其安全性不佳等问题。方法提出基于无序分割投影策略与重力模型的图像加密算法。首先对输入明文进行无序分割,获取重叠子块,并构建每个子块的位置坐标计算模型,输出图像子块的位置;根据明文像素量计算Kent映射的初值,通过迭代Kent映射获取随机序列组;定义位置置乱机制,对重叠子块进行混淆;再引入分割投影策略,互换每个置乱子块中的像素位置,再对其重组,输出置乱密文;通过设计像素质量变化函数替换重力模型的固定质量,改进重力模型,对置乱密文完成像素加密。结果实验结果显示与当前图像加密技术相比,文中算法具有更高的安全性,输出密文中的相邻两像素间的关联度最低,具有更强的抗明文攻击与剪切攻击性能。结论所提加密算法能够较好地用于图像信息安全传输,具有较好的应用价值。     

基于椭圆特征区域与重要位平面分解的鲁棒图像水印算法

目的 为了解决当前基于特征点的水印方案难以描述图像的非纹理区域（像素强度变化较大的边缘、像素强度值较小或趋于0的均匀区域）,降低了局部特征区域的鲁棒性,使其抗几何失真能力不佳的问题,提出基于椭圆特征区域与重要位平面分解的鲁棒图像水印算法。方法 根据彩色载体的RGB分量,计算颜色不变性;基于颜色不变性的强度概率密度,推导概率密度梯度估计函数;利用概率密度梯度值,计算二阶Hessian矩阵,改进SURF方法,充分提取彩色载体中纹理与非纹理区域的鲁棒特征点;再求取Hessian矩阵的特征值与特征向量,以计算椭圆的长轴、短轴半径与方向角度,并以特征点为中心,建立局部椭圆特征区域;定义鲁棒特征区域选择规则,确定合适的水印嵌入位置;引入位平面分解技术,获取鲁棒椭圆特征区域的重要位平面图像,并提取其直方图,以此设计水印嵌入方法,将二值水印隐藏到这些直方图中,形成水印图像;根据水印检测机制,复原二值水印。结果 实验结果显示,与基于特征点的水印方案相比,所提算法具有更高的不可感知性与鲁棒性,复原水印失真度最小。结论 所提算法具有较高的视觉隐秘性和抗几何失真能力,在版权保护、信息防伪等领域具有较好的参考价值。     

基于量子比特平面编码算法的图像重建研究

为了提高图像重建质量,提出量子比特平面编码算法。首先进行图像像素灰度段编码,获得中间段灰度级滤波矩阵;然后量子比特经过Walsh-Hadamard变换,将输入图像像素分解出低频部分和高频部分;接着分别对正系数矩阵和负系数矩阵扫描,在正负系数比特平面码流之间插入一个比特标志;最后给出了图像重建过程。实验仿真显示本文算法的重建效果清晰,指标分析图像信噪比最大,均方根误差较接近于0。     

基于改进广义Arnold映射的多混沌图像加密算法

目的针对Arnold映射图像置乱效果差以及无法抵御选择明文攻击等问题,提出一种改进广义Arnold映射的图像加密算法,以提高密文图像的安全性。方法该算法引入Kent映射产生控制参数,先对图像进行分块来削弱图像的相关性,对每块图像进行Arnold映射位置置乱,然后利用二维logistic映射生成混沌序列,经双曲正切变换处理后按照奇偶序列与置乱图像进行异或运算,得到最终密文图像。结果该算法得到密图信息熵为7.9899,像素改变率为99.61%,统一平均变化程度为30.73%。结论该算法简单易执行,能有效抵御各种统计攻击和明文攻击,具有密钥空间大、置乱效果好、鲁棒性较强等特点。     

随机振幅-相位编码虚拟光学加密系统

通过对双随机相位编码光学加密系统中空域的随机相位模板进行置换,提出采用随机振幅-相位模板对图像进行加密的新方法。理论分析表明,当随机振幅板为零均值白噪声且与频域相位板统计独立时,被加密图像的自相关函数为二维冲击函数,表明原始图像被加密为平稳的复随机白噪声,因而可以抵御盲反卷积攻击。采用计算机进行模拟,证实了所提方法的有效性。最后讨论了该方法相对于双随机相位编码系统的优越性:对空域密钥的统计学要求更低、在频域密钥泄露情况下系统鲁棒性更强。但是,由于物理上不存在幅度为负值的光波,因此该系统只能使用数字虚拟的方法来实现。     

基于3D-CS混沌系统的双DNA编码图像加密算法

目的为解决加密算法中明文与混沌系统密钥关联小,且置乱扩散不能同步进行造成的安全性低的问题。在结合Chebyshev和Sine映射的基础上,新建三维Chebyshev-Sine混沌映射系统(3D-CS),提出一种基于3D-CS混沌系统的双DNA编码图像加密算法。方法设定二进制与四进制双重DNA编码,利用约瑟夫环变换对经过二进制DNA编码的图像RGB各层进行位置索引,同时完成置乱和扩散,然后将混沌系统产生的序列值经过处理后进行四进制DNA编码,最后将2种DNA序列进行加法运算后解码得到密文。结果仿真实验表明,索引序列和混沌序列通过了随机性检验,密文各层NPCR值分别为99.63%,99.61%,99.59%,UACI值分别为33.43%,33.44%,33.40%,信息熵分别为7.9992,7.9991,7.9993。结论所设计的混沌序列相较于其他混沌序列有一定优势,针对提出的问题有效提高了加密算法的安全性,密文能有效地抵御各种统计攻击与差分攻击。     

基于双向相关扩散与非线性混沌S盒的图像加密算法

目的 当前混沌加密方案主要采用存在迭代周期性的序列与单向扩散机制来实现像素的混淆,设计一种加密算法以解决其抗破译性能较弱的问题。方法 设计了基于双向相关扩散与非线性S盒的图像加密算法。借助哈希方案,形成一个与初始图像内容相关的密钥;基于2D混合混沌函数,利用子密钥来设计位置交叉规则,实现明文的像素置乱;基于线性分阶变换,联合混沌随机数组,构建一个16×16的非线性S盒;定义S盒的循环向前移位机制和向前扩散机制,对置乱图像完成正向加密;再更新混合混沌系统的初始条件,构建逆向扩散机制,对正向密文完成反向加密。结果 测试数据显示,与已有混沌加密方案相比,在安全性和效率方面,所提方案的优势更大,其时耗时仅为0.59 s,且稳定的NPCR和UACI值分别达到了99.74%,33.69%。结论 所提加密方案可以抵御网络中外来攻击,可充分保证图像内容的真实性。