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。     

基于新型多环多翼超混沌系统的图像加密算法

目的 为提高图像加密算法的安全性,提出一种新型多环多翼超混沌系统的图像加密算法.方法 对超Lorenz混沌系统进行分形变换,得到多环多翼超混沌系统,设计一种基于该混沌系统的查表运算扩散算法.算法采用典型的置乱-扩散模式,借助Logistic混沌系统对明文图像进行无重复索引置乱,将新型多环多翼超混沌系统产生的密钥序列结合明文信息,对一次扩散图像的每个像素值进行正逆向扩散,得到最终的加密图像.结果 置乱图像的平均不动点比为0.003％,密文直方图分布均匀,相邻像素相关性几乎为零,信息熵达到了7.999,且NPCR,UACI和BACI的值分别为99.61％,33.46％和26.7％,与同类加密算法相比,该算法加密效果更优.结论 算法具有较强的密钥敏感性,能有效抵抗剪切、噪声等攻击,所提出的图像加密算法具有较高的安全性.     

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。     

基于复合混沌模型的高级加密标准图像加密算法

为提高图像加密算法的安全性能,提出了一种基于复合混沌系统的改进的高级加密标准加密算法。该算法将Logistic混沌序列与Chebyshev混沌序列相结合,产生2种新的混沌映射。一种复合混沌矩阵作为高级加密标准的轮密匙,进行像素置乱;另一种复合混沌矩阵组成S盒,进行位置置乱。另外,对图像像素点进行位移及列混合操作,进一步达到位置置乱的目的,实现动态变换密钥的高级加密标准图像的加密。实验结果表明,该算法具有较高的密钥敏感性、良好的置乱效果及高效性。     

基于小波变换的数字水印技术

目的研究一种基于二维码的信息化包装防伪技术。方法按照QR编码规则,将文字信息编码生成含彩色底纹的QR码载体图像和QR码水印图像;对彩色二维码进行空间转换提取其亮度分量,对水印QR码图像进行混沌置乱,把置乱后的水印图像利用离散小波变换嵌入到载体图像亮度分量经二级小波变换后的中频系数中,形成嵌入水印后的彩色QR码图像;客户终端运用提取算法从彩色载体QR码图像中提取QR水印。结果实验证明该算法具有较高的水印信息嵌入强度容忍度,并且可以抵抗旋转和剪切等几何攻击,对高斯噪声、椒盐噪声、低通滤波、均值滤波具有较强的鲁棒性。结论将二维码和数字水印结合的防伪技术应用于包装安全领域,有利于识别伪劣假冒商品,达到产品安全保护的目的。     

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。     

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。     

双光束叠加与差异模的光学图像加密算法

目的为了解决当前基于干涉原理的光学图像加密算法因存在轮廓显现导致其安全性不高的问题,提出双光束相干叠加与差异模矢量分解的图像加密算法。方法基于Gyrator变换,将明文变成一个Gyrator频域的复杂函数;随后引入矢量分解方法,将Gyrator频域复杂函数进行差异分解,输出幅度与相位不均等的2个矢量成分;利用2个相位掩码对矢量成分进行调制,将其从频域变为空域,将其相位部分视为私密,而幅度部分视为最终加密密文。结果实验显示,与当前基于模均等分解的图像加密技术相比,所提算法具有更高的保密性与敏感性,有效消除了轮廓显现问题。结论所提算法能够确保图像信息在网络中的安全传输,有效抵御外部攻击,在包装印刷与防伪二维码等领域具有一定的应用价值。     

基于QR码和矩阵映射的强鲁棒性信息加密技术

目的为了避免传统加密算法直接将图像信息作为明文加密及加密图像含有明文图像信息而带来被破解的风险,提出一种将伪明文图像加密嵌入宿主图像传输的强鲁棒性信息加密技术。方法首先对明文图像彩色QR码和伪明文图像进行初步加密,然后通过加性原则构造出两者之间的映射矩阵,最后基于小波变换和奇异值分解将加密后的伪图像嵌入到载体图像中。结果仿真结果表明,该算法具有较高的安全性及强大的抗攻击能力。结论算法通过将QR码作为明文图像建立与伪图像之间的关系,并将伪图像加密嵌入宿主图像传输,不仅有效地避免了明文被破解的风险,还具有较强的抗噪声、压缩、裁剪和旋转等恶意攻击能力,表明该加密算法具有良好的安全性和稳健性。     

混沌神经元耦合置乱神经元的图像加密算法研究

目的为了使当前加密系统具有更强的密钥敏感性以及更大的密钥空间,以提高抗各种攻击性能。方法提出一种新型的基于置乱神经元耦合混沌神经元的图像加密算法。加密系统的置乱和扩散由2个不同的3层神经构成,分别是置乱神经元层和混沌神经元层,混沌密钥生成模块则通过相应的权值和偏置来对这2层结构进行控制。在混沌神经元层扩散过程中,3个混沌系统用来生成权值矩阵和偏置矩阵,通过非线性标准化、按位异或操作来进行非线性组合,并通过Tent映射来进行激活,以获得扩散信息。在置乱神经元层置乱过程中,利用混沌密钥生成模块获取置乱矩阵,对扩散信息进行线性置乱处理,再通过二维Cat混沌映射对信息进行非线性置乱处理,并与当前加密算法进行对比。结果与当前加密算法相比,文中算法安全性更高,平均熵值为7.9991,且该加密算法的密钥空间大,为2160×1060,密钥敏感性强,错误与正确密钥之间的密文差异率为99.765%。结论设计的加密算法高度安全,可有效抗击各种攻击。     

A chaos-based image encryption algorithm based on multiresolution singular value decomposition and a symmetric attractor

ABSTRACT

This paper proposes a new image cryptosystem using multiple chaotic maps and multiresolution singular value decomposition (MR-SVD). The encryption process starts with implementing the MR-SVD to decompose the original image into the four fundamental sub-bands, i.e., Approximation (A), Vertical (V), Horizontal (H), Diagonal (D) sub-bands respectively. Since the approximation part gives the most information about the image, this sub-band is selected to perform permutation and diffusion. The permutation of all the four sub-bands is done by deploying the Baker map. The diffusion of pixels in the permuted approximation part is done by our neighbourhood diffusion scheme that uses the numerical solution of the chaotic Thomas' cyclically symmetric attractor. The final cipher is obtained by combining all the four (A, H, V, D) partial ciphers by performing inverse MR-SVD. The experimental results of our proposed scheme on various benchmarks tests indicate that the algorithm is highly secure and can withstand various attacks.     

一种新的安全鲁棒全息数字水印技术

提出了一种将快速响应矩阵码(QR码)作为水印的加密同轴全息数字水印技术。该算法将QR码作为水印,提高了水印的鲁棒性;利用双随机相位调制技术对水印加密,增强了水印的安全性;通过离散小波变换将全息水印图像嵌入彩色载体图像的中频系数中,兼顾了水印的不可见性和鲁棒性。提取水印时,进行高斯滤波处理,增加了QR码译码成功率。实验表明,该算法有良好的不可见性和鲁棒性。     

基于QR码的多图像关联成像算法光学加密机理研究

目的研究解决多图像的关联成像加密问题。方法采用双重QR编码处理,将多图像的关联成像加密问题转变为单个QR码图像的关联成像问题。结果 QR码作为关联成像的成像物体,能在远低于传统关联成像采样率的条件下重构出清晰的图像,实现信息的高质量恢复。结论在保证图像质量的情况下,该算法的安全性较高,能有效抵抗一定的噪声攻击和统计分析攻击,并极大地减少了加密系统对多图像的加密成本。     

基于物理随机位生成器与混沌像素交叉互换的图像加密算法

目的为了解决当前混沌图像加密技术忽略了随机序列产生的时间延迟现象,且难以克服其自身迭代的周期性,使其序列的自相关性不理想,导致密文安全性不佳等问题。方法引入级联耦合混沌半导体环形激光器,设计基于物理随机位生成器与混沌像素交叉互换的图像加密算法。首先引入SHA-256散列函数,利用明文像素值,生成一个256位的密钥,并将其分割为一系列的8位子密钥;利用这些子密钥来计算Logistic-Sine复合映射的初始条件,以输出一组随机序列;根据混沌序列,定义像素交叉互换机制,对输入明文进行预处理,消除相邻像素之间的相关性;基于级联耦合混沌半导体环形激光器,充分利用其自身的时间延迟与交叉反馈的特性,设计物理随机位生成器,以同步输出考虑时间延迟的控制矩阵与随机位流;将Logistic-Sine复合映射输出的混沌序列转换为一个过渡矩阵,联合控制矩阵,定义像素混淆机制,彻底改变明文的像素位置;最后,利用随机位流,设计像素联系扩散函数,改变图像的像素值。结果实验结果显示,与当前混沌加密技术相比,所提算法具有更高的安全性与鲁棒性,能够有效抗击明文攻击,相应的密文熵值约为7.9958,且NPCR(7)Number of Pixel Change Rate(8)、UACI(Unified Average Changing Intensity)分别为99.50%、33.46%。结论所提加密算法具有较高的安全性和抗攻击能力,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。