基于有理Bézier曲面生成组合混沌序列的图像加密算法

提出一种基于有理Bézier曲面生成组合混沌映射的图像加密算法.首先通过秘钥序列生成多个Logistic混沌系统的初值,进而生成多个混沌序列;利用有理Bézier曲面将这些混沌序列生成组合混沌矩阵;其次,对原图像和组合混沌矩阵进行按位异或运算;最后,利用组合混沌矩阵生成混沌地址集合,利用混沌地址集合做置乱运算.该算法的优点是不论扩散运算还是置乱运算均采用组合混沌序列进行操作.数字实验表明,该算法加密与恢复效果良好,具有较好的安全性.     

基于改进Logistic映射的混沌图像加密算法

经典Logistic映射存在系统参数范围受限、混沌序列分布不均等问题。对Logistic映射进行改进并将其应用于图像加密中,设计一种置乱与扩散同时操作的图像加密算法。对经典Logistic映射增加模运算并对其所生成序列进行二进制比特重排,利用改进Logistic映射生成具有更好混沌特性的伪随机序列并用于加密系统的置乱和扩散阶段。将所生成的伪随机矩阵与明文图像矩阵进行异或操作以实现明文图像预加密。在此基础上,采取置乱与扩散同时操作的策略以置乱和扩散预加密后的图像从而得到密文图像。安全性分析及实验结果表明,该算法具有良好的加密性能和安全性,可以抵抗暴力攻击、差分攻击等常见攻击。     

基于Logistic混沌系统的图像加密算法研究

给出了一种基于Logistic混沌系统的快速数字图像加密算法.首先通过给定的密钥序列生成混沌系统的初值,由此初值生成混沌矩阵;然后利用此混沌矩阵与原图像进行按位异或运算得到中间过渡图像;最后再对中间过渡图像作混沌置乱运算和混沌块置乱操作.该算法的优点是不论融合还是置乱均是利用混沌序列进行操作.实验数据表明,该算法简单易行,加密与恢复效果良好,具有较好的安全性.     

基于混沌序列和DES的彩色图像加密算法的研究

介绍了DES加密算法的基本特点,证明了DES异或运算的一个重要性质,并且结合了混沌序列的优良特性,提出了一种基于混沌序列和DES的彩色图像加密算法和解密算法。该算法首先由Ulam-von Neumann映射生成加密的密钥,然后对图像进行DES异或运算,得到加密图像。解密的过程就是需要得到与加密时相同的密钥,利用DES异或逆运算的性质得到解密图像。实验结果表明该算法能够得到令人满意的结果。     

基于双重异或操作运算的图像加密机制

混沌加密算法通常利用混沌序列来完成对像素矩阵的初等变换和异或加密运算,加密系统的复杂度以及抗攻击性能相对较低。对此,为了增强加密系统的防御能力,提出一种结合魔方变换和双重加密的图像加密技术。采用魔方变换中的求余运算并结合明文图像像素值的固有性质,来对位置矩阵的行、列同时进行循环移位混乱处理,实现对像素值位置的改变;利用Tent映射结合小波变换来获得两个相互独立的二进制加密矩阵,分别对置乱后的图像进行双重异或加密操作;最后借助MATLAB仿真来验证该加密技术。仿真实验结果表明,加密算法高效快捷,复杂程度明显增高,隐藏性较高,密钥敏感性较强,能有效地抵抗各种攻击。     

基于新混沌与矩阵卷积运算的彩色图像加密算法

针对彩色图像加密过程中出现的强相关性和高冗余问题,提出基于云模型的Fibonacci混沌系统与矩阵卷积运算的彩色图像加密算法。首先对彩色图像的R、G、B分量拼接图像像素点坐标变换置乱;然后将混沌序列值作为卷积核的输入值与像素值进行矩阵卷积运算,实现像素值置换;再与云模型Fibonacci混沌序列及前相邻像素值进行正反双向2次异或操作生成加密图像。实验分析表明,加密后的图像直方图更加平滑,像素分布均匀,图像相邻像素相关性低,加密图像RGB分量平均水平、垂直和对角相关系数分别为-0.0010,0.0016和0.0031,能够抵抗差分攻击、明文攻击、噪声攻击和剪切攻击等攻击实验,提出的新加密算法具有加密安全性高、抗干扰性高、鲁棒性强等特点。     

基于混沌与拟仿射的高效选择性彩色图像加密算法

一些传统的图像加密算法不仅计算量大,且在新型攻击方式下并不能提供安全保障。针对这些问题,提出一种更具安全性且轻量加密算法,结合数学模型拟仿射变换与混沌序列对彩色图像进行选择性加密。对明文图像进行分块,并计算每块的相关系数;与预定义的阈值相比,具有较大相关系数的块与斜帐篷映射生成的随机数进行异或运算;利用拟仿射生成的两种随机序列对图像进行重新排列。通过检测加密时间、相关系数、直方图、信息熵、秘钥敏感度等证明了该方案具有高效、安全的特性。     

基于DNA序列的彩色图像加密算法

结合混沌系统和DNA密码学,提出了一种基于DNA序列的彩色图像加密算法。该算法应用了DNA序列的加法、减法、异或运算,并且把彩色图像分解为位平面进行处理。首先对彩色图像位平面分解、DNA编码;然后对DNA平面置乱、DNA加法运算、DNA异或运算;最后进行DNA解码、位平面合并,得到密文图像。实验结果表明,原始图像加密后的图像类似噪声,加密后的直方图变得更平滑,对密钥有很高的敏感性,密文图像的随机性好,密文图像相邻像素之间相关性低。     

基于混沌占空置乱和DNA编码的图像加密算法

为了增强加密图像的安全性,提出一种新的基于混沌占空置乱和DNA编码的图像加密算法。首先根据一种离散混沌映射产生的伪随机序列使用占空法对图像矩阵的行和列进行随机交换,相比一般的混沌置乱大大提高了运算速度。然后利用另一种离散混沌映射产生两个伪随机序列分别对图像矩阵的前n行像素点和其余像素点进行异或运算生成加密图像。最后利用DNA编码规则,对图像矩阵中像素点灰度值的每两位二进制位分别进行对应的互补替换,达到图像扩散的目的,最终生成加密后的图像。对算法的统计特性、密钥敏感性及密钥空间进行仿真验证与分析,对算法的复杂性进行理论分析,分析结果显示该算法具有较高的安全性。     

基于矩阵四向扩散的超混沌图像加密算法

目前高强度的超混沌图像加密方法普遍在一维序列上实现扩散过程,但较慢的加密速度导致其实用价值不高.基于此,本文提出一种基于矩阵四向扩散的超混沌图像加密算法.首先,量化重构超混沌系统迭代产生的原始序列,生成与明文图像尺寸相同的密钥矩阵;然后,由低维混沌系统生成扩散过程所需的初始向量;最后,在图像矩阵上以行向量、列向量为计算...     

基于线性同余的伪随机序列图像加密

为了进行保密通信,需要对图像进行加密,采用了一种基于线性同余的序列加密方法。提出了一种基于24比特的线性同余随机序列发生器y(n 1)=(32719*y(n))mod(16777213),通过独立性和均匀性检验证明了发生器产生的序列的随机性。将初始值作为密钥,产生伪随机序列,与图像像素通过异或加解密。描述了基于该线性同余随机序列的图像加解密算法。图像加密解密实验表明,序列具有参数敏感性。所提出的线性同余随机序列发生器能够正确产生伪随机序列,可以用于最大像素为2896×2896的图像加解密通信。     

CH混沌序列图像加密算法分析

分析了一个基于混沌序列的图像加密算法的安全性,发现该加密算法本质上是一个移位密码且密钥空间太小,利用古典密码中对移位密码的分析方法得到混沌序列,进而给出了穷举参数求解其密钥的已知明文攻击方法。对于大小为M×N的明文图像,该攻击方法的计算复杂性为O(M+N)。理论分析和实验结果均表明该图像加密算法是不安全的。     

一种基于超混沌系统的双图关联加密算法

针对现存混沌图像加密算法中存在系统安全性不高、无法抵御明文攻击、加密图像相互独立、效率低等问题,提出了一种基于超混沌系统的双图关联加密算法。首先根据明文图像,由超混沌系统产生与之相关的混沌随机矩阵,对明文图像进行深度扩散;选取其中一幅图像进行明文关联的置乱操作与快速比特扩散生成密文◢c▼1▽;之后对剩余图像进行自适应关联比特操作生成密文c▼2▽,完成双图关联的图像加密。实验结果与仿真分析表明,该算法不仅具有更高的效率与更强的抗明文攻击能力,而且仅由一幅密◣文不能得到与之相应的明文图像,安全性更高,具有良好的应用场景。     

基于Arnold映射的分块双层自适应扩散图像加密算法

目的 针对图像安全保障问题,提出一种基于Arnold映射的分块双层自适应扩散数字图像加密(BDAM)算法,提高图像加密效率及安全性.方法 首先利用Logistic映射、Tent映射和Sine映射,进行两两组合构建3种新1维混沌映射,提取初始混沌序列;然后定义一个与明文图像矩阵大小相同的初始加密图像矩阵,对其进行分块,预处理Arnold映射参数,正反向联合映射将明文图像矩阵中随机位置像素值,存入初始加密矩阵随机块中的随机位置,并同时进行块内像素、块间自适应扩散,直至填满初始加密矩阵,完成加密.结果 针对多种类型灰度图像,通过仿真实验与性能对比分析表明: BDAM算法在信息熵、密钥空间、相关性、敏感性等方面均优于其他加密算法,置乱效果好,对密钥及明文的敏感性高,可取得较好加密效果.结论 结合随机置乱的分块双层非线性自适应扩散BDAM算法可有效抵御多种攻击,安全性较高,适用于各种类型灰度图像加密,具有潜在应用价值.     

An approach for security of color image data in coordinate,geometric, and frequency domains

ABSTRACT

This article presents a novel cryptosystem for secure transmission of color images through a coordinate cryptosystem as well as a geometric cryptosystem with time domain and frequency domain. In this technique, we have designed image encryption and decryption by a proposed random matrix shift cipher (RMSC) associated with a discrete fractional Fourier transform (DFrFT). Our proposed random matrix shift cipher is a coordinate and geometric cryptosystem for security of color image data which is completely different from existing cryptosystems for security of any data. The combination of a random matrix shift cipher and discrete fractional Fourier transform provide a robust cryptosystem for color image data in the time domain as well as the frequency domain without loss of any information. Existing techniques provide single-layer protection of color image data, but the cryptosystem presented here gives multiple layers of protection. Computer simulation on a standard example (Lena and Barbara color images) and the result are support for the robustness and appropriateness of the proposed cryptosystem.     

混沌映射与比特重组的图像加密

目的 当前很多图像加密都采用基于比特的加密算法。针对这种比较流行的加密算法所存在的安全缺陷问题,提出一种能够解决比特面0比特和1比特置乱时的位置限制的图像加密算法,实现比特的全局重组。方法 首先利用Tent混沌映射生成一个伪随机序列,然后利用生成的伪随机序列对比特明文图像进行整行以及整列的置乱,将置乱后的比特像素矩阵分块分别进行Henon映射的置乱,最后经过扩散操作得到最后的密文图像。结果 加密后明文图像的像素值的分布由不均匀变成了均匀分布,明文图像的各像素间的相关性被打破,使得原图没有了统计特性,像素变化率（NPCR）以及归一化平均变化强度（UACI）皆接近理想值,算法能够抵抗穷举攻击和差分攻击,并且在能保证加密安全的同时能有较低计算复杂度。结论 本文所提出的图像加密算法具有加密后像素相关性低、密钥空间大,以及对明文图像和密钥高度敏感等特点,本文算法在进行比特级的置乱时,又加入了与明文相关的特性,增强了加密算法的明文敏感性,同时也加强了加密算法的扩散性,可有效地保障密文图像的安全。     

位级同步置乱扩散和像素级环形扩散图像加密算法

目的 针对基于位平面信息量分布的选择性加密算法安全性不高、像素置换加密算法不能很好抵抗统计攻击问题,提出一种基于位级同步置乱扩散和像素级环形扩散的图像加密算法（BSPDPAD算法）,提高图像加密效率和安全性。方法 BSPDPAD算法首先通过分段线性混沌映射产生两组混沌序列,其中一组混沌序列对图像进行随机分块,另一组混沌序列分解到位平面构成位级密钥流;然后,将各像素块分解到位平面,利用位级密钥流同步置乱扩散高位平面、置乱低位平面,实现位平面上块内置乱扩散及块间扩散;最后,再次迭代分段线性混沌映射产生新的密钥流,利用该密钥流对经过位级加密的中间密文图像进行横向顺序扩散和纵向逆序扩散,完成图像加密。结果 灰度图像及彩色图像上的计算机仿真实验与性能分析表明：BSPDPAD算法密钥空间大于2¹⁰⁰,信息熵接近于8,密文图像直方图趋近于均匀分布;与其他加密算法相比,BSPDPAD算法密文图像相邻像素相关性系数绝对值减小约12数量级,像素变化率和归一化平均强度明显提高,说明BSPDPAD算法在密钥、明文敏感性、抵抗多种攻击能力等性能上优于其他加密算法,且算法扩散效果好,仅一轮加密就能获得较理想的加密效果。结论 将位级选择性加密与像素级环形扩散相结合的BSPDPAD算法可有效抵抗各种攻击,安全性高,适合各种类型的灰度及彩色图像加密,潜在应用价值大。     

An Efficient Block Encryption Cipher Based on Chaotic Maps for Secure Multimedia Applications

ABSTRACT

This paper presents an efficient chaotic-based block encryption cipher (CBBEC), which is a symmetric encryption algorithm designed with the potential of increasing security and improving performance. It is a hybrid mixture from chaos theory and cryptography. Its salient features include the use of eight working registers providing capability to handle 256-bits plaintext/ciphertext block sizes, employing a chaotic logistic map in key scheduling to generate session key used in encryption/decryption, the essential heavy use of data-dependent rotations and the inclusion of integer multiplication as an additional primitive operation. The use of multiplication with eight working registers greatly increases the diffusion achieved per round, allowing for greater security, fewer rounds and increased throughput. Comparative performance evaluation of the proposed chaotic-based block encryption cipher CBBEC with Rijndael, RC6 and RC5 is addressed. Experimental results show that the proposed CBBEC is a fast block cipher, showing its great potential in real-time encryption applications.     

gyrator变换域的高鲁棒多图像加密算法

目的 随着互联网通信和多媒体技术的快速发展,单幅图像加密技术难以满足日益增长的数据传输需求。为提高图像加密系统的传输效率,同时保证安全性和鲁棒性,本文构建一种基于gyrator变换和多分辨率奇异值分解（multi-resolution singular value decomposition,MRSVD）的多图像加密算法。方法 首先,将明文图像每两幅组合为复数矩阵,利用改进的logistic映射生成混沌相位掩模,对复数矩阵进行gyrator域的双随机相位编码。其次,将变换后矩阵的实部分量和虚部分量组合为实数矩阵并进行多分辨率奇异值分解。最后,使用正交系数矩阵对多分辨率奇异值分解的结果进行线性组合得到密文图像。结果 实验结果表明,使用本文算法得到的解密图像的峰值信噪比大于300 dB,解密图像质量相较于对比算法的解密图像质量更好;密钥发生微小改变前后密文相关系数（correlation coefficient,CC）远小于0.20,明文像素值发生微小变化时像素变化率（number of pixels change rate,NPCR）与归一化平均变化强度（unified average changing intensity,UACI）分别约为0.999 0和0.333 7;密钥空间大小为5.616 9×10⁶⁰,可以抵御蛮力攻击;当密文图像受到一定强度的高斯白噪声和剪切攻击时,本文算法能够较好地恢复明文图像。结论 所提出的多图像加密算法在高质量恢复明文图像的同时具有较高的安全性和较强的鲁棒性,可以应用于图像的内容保护与安全传输。     

基于改进cat映射与混沌系统的彩色图像快速加密算法*

针对已有基于混沌系统的图像加密算法计算复杂度较高的问题,基于改进cat映射提出一种计算复杂度较低、易于实现的彩色图像加密算法。本算法包括置乱与扩散两层,置乱层采用比特置乱代替传统的字节置乱,彻底打乱图像各像素的位置,并且对传统二维cat映射进行改进,大幅度地提高了计算效率,采用均匀的混沌伪随机产生器动态地改变加解密过程每轮的控制参数,提高了加密系统的安全性;扩散层则采用比特矩阵方法将每块扩散处理。基于真实图像的实验结果表明,本算法可抵御不同类型的攻击,计算效率较高。