基于混沌映射和DNA编码的彩色图像加密算法（英文）

现有的低维混沌映射编码系统和单一的DNA编码系统结构简单、复杂度和安全性较低,不能满足图像加密的要求。为此,提出了一种结合DNA编码和超混沌映射的彩色图像加密方法。首先,根据明文图像的信息,迭代生成每个混沌图的初始值及与明文图像大小相同的随机矩阵。然后,对生成的图像初始值和随机矩阵进行同等大小的分块,每个区块的DNA编码方式和每个区块之间的DNA操作规则由动态超混沌序列决定。最后,引入扩散操作以达到更好的加密效果。仿真结果表明,该算法具有较高的复杂度、较强的安全性和较大的密钥空间,可以抵抗多种攻击。     

模糊积分融合DNA编码运算的彩色图像加密算法

现有的诸多加密算法主要采用增加系统参数来提高加密系统的安全性,但过多的系统参数将导致加密效率显著降低。对此,本文提出了模糊积分置乱与DNA编码运算相融合的数字图像加密算法。首先利用Sugeno模糊积分产生密钥流,来置乱分块的DNA编码矩阵;接着对置乱后的DNA分块矩阵分别做加法运算,得到新的DNA分块矩阵;然后,利用Sugeno模糊积分对新的DNA分块矩阵执行取补操作;最后,利用耦合二维分段非线性混沌映射来进行扩散处理,完成图像的加密。实验结果表明:该算法对数字图像具有较好的加密效果,安全性好,运算效率更高。     

采用超混沌系统的图像压缩加密联合算法

为了同步实现图像压缩和加密,提出了一种采用超混沌Chen系统和改进零树编码相结合的图像压缩加密算法。该算法在改进零树编码基础上,先利用超混沌Chen系统产生的密钥流修正位平面编码过程中形成的上下文和判决,然后送入MQ算术编码器中进行熵编码生成相应的压缩码流,最后将压缩后码流反馈到超混沌Chen系统的输入端,产生新的密钥,使密钥流和明文相关,实现图像的联合压缩加密。实验结果表明,该算法的峰值信噪比（PSNR）至少提高了1 dB,密钥空间为256 bit,加密时间占总时间的百分比均小于45%,明文和密钥敏感性高。该算法实现了图像的联合压缩加密,比原始嵌入式零树小波（EZW）算法的图像重建质量高,具有高抗线性攻击和差分攻击能力,密钥空间大,安全性好。     

基于复合混沌系统的数字图像加密算法

提出一种整合了Henon映射与无限折叠混沌映射的复合混沌系统,并应用该系统生成的混沌序列进行数字图像的加密.算法以He-non映射的初值为加密系统的密钥.首先.固定无限折叠混沌映射的一个控制参数.输入密钥.迭代Henon映射,并将所生成的混沌序列的均值作为无限折叠混沌映射的另一个控制参数.然后.迭代无限折叠混沌映射以产生所需的混沌序列,最后,应用该混沌序列构建出置乱矩阵和变换矩阵,对图像进行加密.实验结果表明.该算法具有较好的加密效果和较高的安全性.     

量子混沌与折叠算法的图像加密系统

本文提出一种量子混沌与折叠算法相结合的图像加密系统。该系统的主要思想是通过量子混沌映射和二维Logistic映射分别进行Arnold变换,得到两个由伪随机数组成的与灰度图像大小相等的矩阵Q、E,然后利用这两个矩阵对图像分别进行以下操作:一是利用矩阵Q对图像从4个方向进行"折叠操作",二是使用前一个像素值与当前像素值进行异或,然后将异或得到的值加上E对应的值,以对当前像素值进行修改,从而达到图像扩散的效果,增加差分攻击的难度。利用MATLAB对测试图像进行模拟仿真分析,结果显示,经该加密系统加密后的图像,其水平、竖直和对角线方向像素值的相关性分别为0.001 006、0.000 152、0.000 789,信息熵H(s)=7.997 3。一系列的实验结果表明该加密系统具有很高的安全性和随机性。     

适用于矩形图像的新二维映射图像加密算法

针对目前的图像加密方法大多只局限于对方形图像进行加密的特点,提出了一种同时适用于方形图像和矩形图像的加密算法.将基于图像分割的新二维映射用于图像位置置乱,将含有混沌映射的扩散函数用于图像灰度置乱,从而得到一种位置置乱和灰度置乱相结合的图像加密算法.实验仿真结果表明,该算法能够很好地实现对任意大小的方形和矩形图像进行加密,且具有密钥空间大(1015～1030),密钥敏感性强以及能够抵御统计和已知明文攻击等优点,基本满足图像加密的有效性和安全性要求.     

基于位平面置乱的图像加密算法研究

近年来,随着人们对电子信息隐私及网络安全重视程度的不断提高,对信息加密技术的要求更加严格,图像加密技术备受关注。因此,提出一种基于位平面的图像加密算法。将明文图像矩阵中的每个像素值分解为8个比特位,把相同位置上的比特位组合成高四位和低四位2个位平面矩阵;采用多涡卷混沌系统生成的混沌序列,对2个位平面矩阵进行置乱-扩散-置乱,得到加密图像;在MATLAB平台上进行了直方图、相邻像素相关性、密钥敏感性、信息熵、抗剪裁性等安全性分析。结果表明：所提出的图像加密算法能够进行安全有效的图像加密,且安全分析表示其加密后图像直方图平稳、像素相关性系数趋近于0、信息熵达到7.996 0以上,在加密效果与安全性方面都有良好的表现,可以抵御多种攻击的干扰,能够对图像信息进行安全保护。     

异结构混沌同步系统图像加密方法的研究

由于混沌动力学系统具有伪随机性、确定性和对初始条件与系统参数的极端敏感特性,故将其与数字图像加密技术相结合,可构造出非常好的图像信息加密系统。提出基于驱动响应法实现图像加密和解密,经过仿真实验表明加密后原始图像无法从加密后的图像中提取原始信息,然而经过解密后的图像能达到与原始图像一致的效果。为了实现两异结构混沌系统在有限时间内同步数据安全通讯,分别改变线性映射关系参数和控制律参数对图像解密密钥敏感性进行分析,实验结果为图像与明文有很大差别。因此,证明了异结构混沌同步系统图像加密方法具有良好的安全性。     

一种适用于矩形图像的新二维映射图像加密算法

针对目前图像加密方法多局限于对方形图像进行加密的特点,提出了一种同时适用于方形和矩形图像的加密算法。将基于图像分割的新映射用于图像位置置乱,将含有混沌映射的扩散函数用于图像灰度置乱,从而得到位置置乱和灰度置乱相结合的加密算法。实验仿真结果表明该算法能够很好的实现对任意大小图像的加密,且具有密钥空间大,密钥敏感性强以及能够抵御统计和已知明文攻击等优点。     

三维可逆混沌映射图像加密及其优化算法

利用混沌拉伸和折叠的原理,提出了一种三维可逆混沌映射图像加密方法及其优化算法.该方法用一个三维数据矩阵描述灰度图像,用提出的箅法将该三维数据矩阵映射为二维数据矩阵.然后,应用拉伸和折叠算法对此二维数据矩阵实现图像像素的置乱处理.最后将置乱后的二维数据矩阵还原为三维数据矩阵,得到加密图像.该加密方法足可逆的,亦可用于图像解密.推导了加密和解密算法完整的数学表达式.由于图像数据量大,利用推导的数学表达式实现图像加密和解密时计算量较大,加密时间长,因此,提出了一种优化算法.仿真结果表明,该加密方法同时实现了像素置乱和像素混淆,其优化算法将加密速度提高了3～4倍.该加密算法抵御统计攻击的能力较强,密钥敏感度高,加密速度快,安全性高.     

基于振幅调制的菲涅耳域的光学图像加密技术

针对基于菲涅耳域的双随机相位加密系统不能抵抗选择明文攻击的弱点,提出了一种基于振幅调制的菲涅耳域的图像加密方法。该方法通过在系统第二块随机相位板后面添加一个振幅调制密钥来实现加密,同时分析了该密钥的安全性,密钥参数对加密效果的影响。实验表明振幅调制密钥的密钥空间非常大,且正常解密时密钥吻合度要求非常高,攻击者很难获取原始图像的信息;另一方面引入振幅调制密钥后扰乱了系统固有的线性性质,添加非线性环节,从而提高了系统的抗选择明文攻击能力。研究可知:引入振幅调制技术后系统的安全性和抗攻击能力大大提高,加密效果良好。     

Digital Image Encryption Scheme Based on Multiple Chaotic Systems

Image encryption is a challenging task due to the significant level of sophistication achieved by forgerers and other cybercriminals. Advanced encryption methods for secure transmission, storage, and retrieval of digital images are increasingly needed for a number of military, medical, homeland security, and other applications. In this paper, we introduce a new digital image encryption algorithm. The new algorithm employs multiple chaotic systems and cryptographic primitive operations within the encryption process, which are efficiently implemented on modern processors, and adopts round keys for encryption using a chaotic map. Experiments conducted show that the proposed algorithm possesses robust security features such as fairly uniform distribution, high sensitivity to both keys and plainimages, almost ideal entropy, and the ability to highly de-correlate adjacent pixels in the cipherimages. Furthermore, it has a large key space, which greatly increases its security for image encryption applications.     

利用图像分割思想的二维混沌映射及图像加密算法

根据二维混沌映射思想,设计了一种新的图像加密算法。二维混沌映射包括左映射和右映射两个子映射。通过对图像的拉伸和折叠处理,实现图像的混沌加密。沿图像的对角线方向,将方图分割为上下两个等腰三角形图像;利用等腰三角形图像两列像素之间的像素数目差,以水平方向,依次将某列中的像素插入到相邻下一列像素之中,直至将原始图像拉伸成为一条直线。最后,按照原始图像大小,将这条直线折叠成一个新的图像。映射是可逆的,可应用于图像加密,密钥设计为二维混沌映射的左映射和右映射的组合。进行了仿真研究,结果表明:当密钥为64 bit时,密钥空间为1.84×10¹⁹,加密速度约为3 Mb/s。该加密算法具有加密速度快、安全性高、没有信息损失、可移植性强和容易软、硬件实现等特点。     

基于分数小波变换的双随机相位光学图像加密技术

以分数小波变换为基本理论依据,介绍了一种基于分数小波变换的双随机相位光学图像加密技术,丰富了光学图像加密的方法。该方法通过研究分数小波变换和随机相位,得到了一种多密钥的选择性光学图像加密系统。其特点在于利用分数小波变换多层次分解的优势,结合双随机相位编码,不仅增大了密钥空间,增加了安全性,而且能够实现选择性加密,使加密技术变得更加灵活和多样。通过仿真验证了该方案,可实现多密钥加密,并结合仿真结果,理论分析了该方案的加密效果、密钥的安全性和选择性加密的优良特性。研究可知,该方案是一种新的有效的光学图像加密方案。     

基于轨道扰动的混沌单向散列函数设计

在分析针对数字混沌提出的伪随机扰动策略和变参数补偿策略的基础上,提出了基于轨道扰动的混沌单向散列函数设计方法。首先,将消息填充为64byte的整数倍,以提高短消息散列的安全性;然后,选取64byte的固定扰动向量,并将明文信息与固定扰动向量一起映射至数字混沌系统相空间的扰动空间;最后,将扰动空间内的元素输入至数字混沌系统进行多次混沌迭代,并在迭代结果中取出160bit作为最终散列值。该算法选用Logistic映射作为混沌映射,计算复杂度比高维混沌映射低,而轨道扰动的思想使得该算法比一般的低维混沌映射安全性更高。研究表明,该算法对初值极其敏感,且具有很好的混乱和扩散性质及较高的抗碰撞性。该算法采用256bit定点数运算,更易于软硬件实现。     

一种基于Tent混沌系统的音频加密方法

提出了一种使用Tent混沌系统和Chen混沌系统相结合的音频数据加密方法,首先由Chen混沌系统产生Tent混沌系统中参数的值,然后由Tent混沌系统生成一个混沌序列作为加密因子序列,把音频数据与加密因子序列进行异或操作,实现对音频的加密。