基于正弦反馈Logistic混沌映射的图像加密算法及其FPGA实现

基于混沌的数字图像加密算法因具有较大的密钥空间和较高的密钥敏感特性等而被广泛地应用。该文在经典Logistic映射中引入正弦反馈,构成新的映射关系,并分析该映射的混沌行为。利用混沌映射导出离散混沌加密序列,并对加密序列进行放大取整,增强其伪随机性;利用NIST随机性测试方法测试了加密序列的伪随机性;将伪随机序列与原始图像进行异或运算,实现图像加密。数值仿真结果表明所提加密算法具有较好的加密效果,其密钥也具有较好的敏感性和伪随机性,最后基于FPGA平台的硬件加密实现了本算法。     

基于超混沌系统和AES的图像加密改进算法

针对现有混沌图像加密对序列利用不充分、参数固定等问题,提出一种基于两个超混沌系统与AES加密结合的图像加密算法。使用原始密钥处理后的数据对两个超混沌系统生成的序列进行选择,分别对图像进行置乱和扩散,并结合AES算法对图像再次加密。此方法通过利用密钥对超混沌系统初值进行修改和对混沌序列进行选择,提高了算法的随机性和安全性,使加密后的图像有良好的密文统计特性。仿真结果表明,该算法能够根据用户输入的密钥改变参数和加密序列,并且具有良好的抗剪切性能。     

基于模运算与混沌映射的图像加密算法的研究

文章首次提出了一种新的模运算映射用于图像位置置乱的方法，并利用混沌映射系统具有初值敏感性，参数敏感性，遍历性和类随机性的特点，设计了一种基于模运算映射与Logistic混沌映射相结合的图像加密算法，该图像加密方案具有密钥空间巨大．计算时间短的特点。     

基于无理数的DES加密算法

首先介绍数据加密标准（Data Encryption Standard,DES）和高级加密标准（Advanced Encryption Standard,AES）,并对其安全性进行分析,然后提出基于无理数的DES加密方案。该方案利用无理数的伪混沌特性对密钥空间进行扩展,增加子密钥产生的随机性,使得每一组16次迭代所使用的子密钥各不相同,能够以和DES相同的时间开销,获得和AES相同的密钥空间。     

基于超混沌和改进AES的图像加密算法

提出了一种新的灰度图像的加密算法。利用超混沌Qi系统的混沌序列发生器生成混沌序列,并对灰度图像进行加密和二值化。截取混沌系统产生的类随机序列作为AES的初始密钥,此方法增强了密钥的随机性和敏感性。为了提高轮密钥的随机性以加强加密算法的安全性,利用混沌算法来获得轮密钥加变换中需要的所有轮密钥,进行字节替换、行移位和列混合。仿真结果表明,该算法比传统的AES具有更大的密钥空间,增加穷举密钥攻击进行解密的难度,且明文与密文不再一一对应,大大增强了图像信息的保密性。     

一种新的图像加密算法研究与应用

提出了一种新的混沌彩色图像加密算法.首先由Logistic和Cubic-Henon复合混沌映射生成混沌序列,再结合像素值替代和图像位置置乱方法对彩色图像进行加密,并利用"一幅图像一次密钥"的密钥同步方案,实现了一个基于混沌的图像保密通信系统.该算法具有一定的有效性和良好的加密性能.     

基于神经网络与复合离散混沌系统的双重加密方法

正交频分复用(OFDM)已被广泛应用于无线通信系统,其数据传输安全具有一定的实际意义。该文提出了一种双重加密方案,采用神经网络生成置乱矩阵实现第1次加密,通过基于Logistic映射与Sine映射的复合离散混沌系统产生的混沌序列进行第2次加密。该双重加密方案极大提升了OFDM通信系统的保密性,可以有效地防止暴力攻击。相比于单一的1维Logistic映射的混沌系统,基于Logistic映射与Sine映射的复合离散混沌系统具有更大的密钥空间。该文运用Lyapunov指数与NIST测试验证了该混沌系统的混沌特性及随机性,并仿真验证了双重加密方案的保密性能。仿真结果表明,该文所提出的加密方案密钥空间为4×1093,Lyapunov指数提高到0.9850,NIST测试中最大P值为0.9995。该双重加密方案可在不影响传输性能下极大提升OFDM通信系统的安全性。     

一种新的基于复合混沌模型的图像加密算法

论文提出了一种新的基于包括Logistic映射模型和混合光学双稳模型的复合混沌系统的图像加密算法。随着对外部密钥的映射,将选择相应的混沌动力系统,产生出混沌序列,对原始图像加密掩盖。计算机仿真的结果表明,混沌序列对外部密钥很敏感。该算法具有良好的运算效率,加密图像具有良好的统计特性。     

基于混沌卷积的光学图像分块加密方法

基于分块压缩感知理论和随机卷积理论，提出了一种基于混沌卷积的光学图像分块加密方法。首先将图像分为大小相同的分块子图像，针对每个子图像，利用级联混沌系统生成混沌相位模板和混沌振幅模板，将子图像与混沌相位模板进行混沌卷积；然后利用混沌振幅模板进行混沌下采样，获得加密压缩后的分块图像；最后将各分块加密图像复原为最终的加密图像。该方法每个分块子图像具有不同的加密密钥，以提高算法的安全性，混沌卷积过程中采用分数傅里叶变换替代傅里叶变换，以增大密钥空间。对加密方法的抗噪声攻击性、抗裁剪攻击性、统计特性、密钥敏感性等进行仿真实验，结果表明了该方法的可行性和安全性。     

一个一维离散混沌判定定理及其在伪随机数发生器中的应用

该文研究了一类取模运算的1维离散动力系统,提出了一个这类离散映射的混沌判据,利用Marotto定理证明了其混沌的存在性。给出了几个满足该判据的特殊形式的系统,分析了其分岔图、Lyapunov指数谱等基本动力学性质,通过模拟结果验证了理论的正确性。基于新系统设计了一个伪随机数发生器(PRNG), SP800-22随机性检测结果表明了该序列具有良好的伪随机性。进一步给出了一个图像加密方案,其密钥空间可以达到2747。该文提出的新系统的系统参数可以无穷多,所以理论上该加密方案的密钥空间可以无穷大。     

A new image encryption scheme based on a chaotic function

In recent years, several methods of secure image encryption were studied and developed through chaotic processes or functions. In this paper, a new image encryption scheme based on a coupling of chaotic function and xor operator is presented. The main advantages of such a method are the abilities to produce a large key space to resist brute-force attacks, and to encrypt securely images with any entropy structure assuring indistinguishability, confusion and diffusion properties in the corresponding cipher-images. The results of several statistical analysis about randomness, sensitivity and correlation of the cipher-images show that the proposed cryptosystem is efficient and secure enough to be used for the image encryption and transmission. Moreover, the implementation of the corresponding algorithm is easy and only integers are used.     

基于余弦-指数混沌映射的分块图像加密算法

为平衡混沌映射中结构与性能的关系,保证加密系统安全性,提出一种基于余弦-指数混沌映射的分块图像加密算法。首先,通过非线性指数项对引入了Tent种子映射的余弦映射进行调制,构造新型余弦-指数混沌映射,并利用SHA-256函数产生与明文相关的密钥,生成随机性较强的混沌序列,实现一次一密;然后,基于拉丁方和位级转换,通过两轮拉丁方索引和比特位拼接,分别设计双重拉丁方和扩展比特位算法,并结合二维约瑟夫序列,对块间预置乱后的明文进行块内置乱,实现不同分块的差异化置乱;最后,基于Zig-Zag变换,采用环状仿Zig-Zag变换设计交叉Zig-Zag变换方法,将中间密文与混沌序列进行双向非线性扩散,实现同时改变像素位置与大小,完成图像加密。实验结果表明,该算法密钥空间大,能有效抵御差分分析和统计分析等典型攻击,具有较好的加密效果。     

基于Feistel结构的混沌密码算法

混沌密码学现在已经发展成为现代密码学一个必不可少的分支,利用混沌系统的伪随机性和不可重复、不可预测等特点来构造加密算法,已经是密码学研究关注的焦点,但安全问题一直没有得到很好的解决。针对这一问题,将混沌映射、S盒构造、Feistel结构和密钥扩展相互融合,提出基于混沌映射和Feistel结构的混沌密码算法,并对算法的可行性和安全性进行了分析,通过硬件仿真,证明该算法具有较好的安全性。     

一种基于Zigzag变换及混沌序列的图像加密方法研究与实现

给出一种在二维小波分解基础上,应用Zigzag变换和混沌序列相组合对数字图像进行加密的方法,可以达到密码学中混淆和扩散的目的。该方法应用二维小波分解算法分解明文图像,首先对分解的全部频率系数进行Zigzag变换,再应用变换后的系数进行重构,得到一次加密结果,然后对其应用混沌序列设计算法进行再次加密,从而完成图像的最终加密。解密是加密的逆过程。把该算法分别应用于彩色图像的R,G,B层,达到了对一幅彩色图像加密的目的。仿真试验结果证明了该方法的有效性,分析表明该方法有很大的密钥空间,且具有一定抵抗恶意攻击的鲁棒性和抗统计攻击的能力。     

一种混合混沌序列密钥产生设计

利用混沌动力学系统产生流密码,速度快,安全性高,有很好的应用背景和实用价值,是信息安全领域研究的热点之一。利用简单的一维混沌系统,结合密码学知识,设计了一种混合混沌序列密钥的产生方案,该方案技术简单,密钥空间大,伪随机性好,初值敏感性强,迭代次数少,加密效率高。     

An image encryption scheme based on irregularly decimated chaotic maps

An image encryption scheme provides means for securely transmitting images over public channels. In this work, we propose a robust shuffling–masking image encryption scheme based on chaotic maps. The shuffling phase permutes square blocks of bytes using a 3-dimensional chaotic cat map coupled with a zigzag scanning procedure. The masking phase then scrambles b-byte blocks of the shuffled image with combined outputs of three 1-dimensional chaotic skew tent maps, in such a way that the masking of every block is influenced by all previously masked blocks. Empirical results show that while the suggested scheme has good running speed, it generates ciphered images that exhibit (i) random-like behavior, (ii) almost flat histograms, (iii) almost no adjacent pixel correlation, (iv) information entropy close to the ideal theoretical value. Furthermore, this scheme has a large key space, strong sensitivity to the secret key, and is robust against differential attacks. On the basis of these results, this scheme can be regarded as secure and reliable scheme for use in secure communication applications.     

Dynamic behavior analysis, color image encryption and circuit implementation of a novel complex memristive system

This paper is devoted to introduce a novel four-dimensional memristor-involved system and its applications in image encryption and chaotic circuit. The typical dynamical behaviors of the memristor-involved system are explored, such as chaotic phase potraits, Lyapunov exponent spectrum (LES), bifurcation diagram (BD) and complexity analysis. Then a color image encryption algorithm is designed. In this algorithm, the sequences generated by the four-dimensional memristor-involved system are used in scrambling and diffusion algorithm for three channels. The algorithm analysis results based on key space, key sensitivity, information entropy, histogram distribution, correlation coefficients, data loss and noise attacks indicate that the proposed algorithm can improve the security of the color image encryption algorithm. Finally, the memristor-involved chaotic circuit is implemented by using some discrete components. The experimental results of hardware circuit are consistent with the Multisim simulation results and the numerical simulation results. The research results have certain universality and portability, and can provide technical support for the subsequent analysis of other nonlinear circuits and the application of chaotic secure communication.     

基于激光散斑和超混沌的彩色图像加密

为了保证彩色图像在传输过程中的安全性与可靠 性,提出将具有随机性的激光散斑与一种四维 Lorenz型超混沌系统相结合进行彩色图像加密的新方法,同时构建了散斑超混沌加密系统。 系统将原始彩图 与超混沌系统产生的非线性度更高的超混沌序列按位异或进行混沌加密,然后将加密后的图 像与物理随机 的激光散斑图像按位异或进行散斑加密即可获得加密彩图,密钥空间达10¹⁰¹,平均相邻像素相关系数达 0.000。结果表明,本文方法具有较好的加密 效果,可抵御统计分析攻击,有大的密钥空间,较强的密钥敏 感性及弱的相邻像素相关性。     

基于混沌集的图像加密算法

该文提出一种基于包含离散混沌系统、连续混沌系统的混沌系统集的混沌加密算法,该加密算法可以根据加密强度需求选择不同的混沌系统组合,利用图像像素的像素均值及像素坐标值为参数控制混沌密钥产生,增强混沌密钥与明文数据之间的联系。在加密基础上,将密文按位切割成3个数据后伪装隐藏在一个处理后的公开图像内,改变了密文外观特性。通过对加密后的图像进行图像直方图分析、相邻像素相关性分析及图像信息熵分析,表明该加密算法有效,在图像保密传输中具有应用潜力。     

通用数字图像加密与抗剪切攻击恢复算法

为对数字图像进行有效地保护,提出一种以混沌系统及其混沌序列为基础的通用加密与解密算法。首先,根据密钥产生一个混沌序列,经排序后生成相应的下标序列,并据此进行像素坐标置乱加密。然后,根据子密钥与图像类型值由混沌序列生成相应的无符号整数序列,并按顺序与对应的像素值进行异或运算以实现像素值置换加密。针对恶意剪切攻击,同时提出一种基于邻域相邻像素特性的抗剪切攻击恢复算法。实验结果与理论分析表明,该算法加密效果好,密钥空间大,安全性与通用性强,且具有较为理想的抗统计分析攻击与抗剪切攻击能力。