图像加密算法研究新进展

随着信息网络化飞速发展,图像网络交互在诸多领域得到应用,图像交互的安全问题倍受人们关注。本文讨论了基于现代密码体制的图像加密、基于矩阵变换的图像加密、基于混沌的图像加密、基于秘密分存的图像加密、基于频域的图像加密、基于SCAN语言的图像加密和基于DNA计算的图像加密等主流图像加密算法的加密原理、优缺点和最新进展。最后,展望了图像加密算法的发展趋势。该成果对图像加密算法的改进、新算法的研究以及在实际工程中对算法的选取具有重要意义。     

图像加密预览算法

针对解密一个加密图像耗时长的问题,基于混沌帐篷映射加密算法提出一种图像加密预览算法。算法首先采用图像识别与图像分割技术选择图像关键区域或采用图像缩略图技术生成原图像的预览图像;然后利用混沌帐篷映射加密算法分别对原图像及其预览图像进行加密;最后将加密后的原图像和预览图像进行整合生成加密图像。该算法在解密原图像前先解密预览图像,实现加密图像预览功能。实验表明,该算法可以对加密图像进行解密前预览,预览效果好,耗时短。     

一种基于混沌的JPEG2000图像加密算法

首先设计出一个性能优异的基于混沌系统的矩阵置乱算法.由于JPEG2000图像小波变换后的重要信息多集中在小波系数的低频系数部分,图像加密算法只选择了小波系数的低频分量进行置乱加密.算法巧妙地避免了以往基于JPEG2000图像加密的一些缺点,很好地将加密、解密与图像的编码、解码相结合.最后,实验验证并分析了算法的可行性和优越性,实验证明该算法复杂度高、保密性好、加密效率高,而又未明显降低图像的压缩率,具有很好的加密特性.     

同态公钥加密系统的图像可逆信息隐藏算法

同态加密技术在加密信息、对信息进行隐私保护的同时,还允许密文数据进行相应的算术运算(如云端可直接对同态加密后的企业经营数据进行统计分析),已成为云计算领域的一个研究热点.然而,由于云存在多种安全威胁,加密后信息的安全保护和完整性认证问题仍然突出.另外,信息在加密后丢失了很多特性,密文检索成为了云计算需要攻克的关键技术.为了实现对加密图像的有效管理及其安全保护,本文提出了一种基于同态加密系统的图像可逆信息隐藏算法.该算法首先在加密前根据密钥选择目标像素,并利用差分扩展DE(Difference Expansion)的方法将目标像素的各比特数据嵌入到其它像素中.然后,利用Paillier同态加密系统对图像进行加密得到密文图像.在加密域中,利用待嵌入信息组成伪像素,加密后替换目标像素,完成额外信息的嵌入.当拥有相应的密钥时,接收方可以分别在密文图像或明文图像中提取出已嵌入的信息.当图像解密后,通过提取出自嵌入目标像素的各比特数据来恢复原始图像.实验仿真结果表明,该算法能够在数据量保持不变的前提下完成同态加密域中额外信息的嵌入,信息嵌入快速高效,并可分别从加密域和明文域中提取出嵌入的信息.     

基于多混沌系统的彩色图像加密方法

为了提高彩色图像加密的安全性和加密性能,设计了一种基于多混沌系统的彩色图像加密方法.将一个彩色图像分解为R、G、B三个灰度图像,使用MD5算法动态生成加密算法的初始值,然后使用三种不同的基于混沌的加密结构对三个图像进行加密.对R图像使用Feistel结构加密,其中Feistel结构的S一盒由Logistic混沌序列和Hyperhenon混沌序列组合产生;对G图像使用由Lorenz系统产生加密序列对图像进行代替和置换操作的加密结构;对B图像使用由分段线性混沌映射产生加密序列,然后加密图像的加密结构,再把加密后的图像结合起来生成加密后的图像.理论分析和实验结果表明,该加密方法能够较为有效地保证彩色图像加密的安全性.     

基于祖冲之算法和DNA编码的图像分组加密方法

为了进一步研究具有更高安全性的加密方法,结合基于DNA编码思想、祖冲之密钥流产生器以及分组加密结构,提出了一种基于祖冲之算法和DNA编码的图像分组复合加密方法.该方法首先利用祖冲之算法产生分组加密结构的密钥流;然后对明文图像信息以及密钥流进行DNA编码;最后利用分组迭代轮数的奇偶性决定明文图像分块模式,并基于DNA符号运算的改进Feistel分组结构实现明文图像分组加密,将加密结果进行DNA编码反变换生成最终密文图像.通过安全性分析,该算法具有很好的抗攻击能力和有效性,可以广泛应用到图像信息安全保护中.     

混沌图像加密算法安全性能研究

混沌加密是图像加密领域一个重要的研究方向,加密算法的安全性及鲁棒性等是衡量算法优劣的重要指标。通过对混沌加密算法的一般过程的简要总结,提出基于混沌系统图像加密算法安全性能分析的四个主要指标：图像的信息熵、加密前后变化度、平均互信息量及密钥敏感性等,对基于Logisitc混沌系统加密的图像分别进行测试。并用MATLAB进行模拟实验,将给出的四个指标对基于Logisitc混沌系统图像加密算法进行测试,实验结果表明其在抵御统计分析、差分攻击、暴力攻击、阻断攻击和噪声攻击等方面较为理想。     

基于小波变换的压缩感知在图像加密中的应用

利用单层小波变换的压缩感知算法的特点,提出了一种基于斜帐篷映射的混沌图像加密系统的改进方法.加密时,首先应用基于单层小波变换的压缩感知算法对图像进行初始化,然后对初始化后的图像加密.解密时,首先进行加密映射的反变换解密,然后利用正交匹配追踪算法(OMP)对高频系数进行恢复,最后再进行小波反变换重构图像.仿真结果表明,该算法不仅继承了原有系统的优良密码学特性,而且在相同时间条件下,在图像较小失真的情况下大大增加图像加密的安全性.     

基于混沌的图像加密技术

随着网络及多媒体技术的发展,多媒体通信引起了研究者的重视,图像加密成为安全多媒体通信的迫切需要.与传统的加密体制相比,基于混沌的加密算法更容易实现,从而使得它们更适用于大规模的数据加密.本文基于混沌设计了一套完备的图像加解密算法,并对图像标准库中的图像进行测试.验证结果显示,本文所设计的算法方案是正确的,有一定的应用前景.     

一种基于改进的混沌猫映射的图像加密算法

混沌系统对初始条件和混沌参数非常敏感,生成的混沌序列具有非周期性和伪随机性的特性,近年来在图像加密领域中得到了广泛的应用。该文提出了一种基于改进的混沌猫映射的图像加密算法,该算法利用混沌猫映射和扩散函数相结合来对数字图像进行置乱加密。改进后的混沌猫映射不仅可以基于像素点进行空间域的变换加密,而且可以基于色度域进行变换加密,从而可以有效地抵抗统计攻击。实验结果表明,提出的算法能够得到令人满意的加密效果。     

基于混沌算法的光学图像加密方法

由于传统方法在实际应用中生成的密匙和密文体积比较大,导致存在无法对光学图像像素进行较好扩散和加密后图像像素相关系数较高等问题,因此提出了基于混沌算法的光学图像加密方法。利用一个与光学图像变换域不相关的压缩矩阵对图像进行压缩感知,通过隔空抽取置乱图像打乱光学图像的明文轮廓,再利用菲涅尔衍射技术生成图像密匙,利用混沌算法生成图像秘钥,实现基于混沌算法的光学图像加密。实验证明,设计方法对图像加密后图像像素相关系数小于传统方法,加密效果更佳。     

基于双混沌映射的图像加密算法

提出了一种基于Logistic和Henon混沌映射的图像加密方法.首先利用Logistic混沌动力学系统产生的混沌序列,通过动态量化算法增强其随机性和复杂性,对原始图像进行混沌置乱,得到置乱图像.然后对Henon混沌映射产生的序列进行量化变换,产生"异或"矩阵,与置乱后的图像进行"异或",实现对图像的加密.仿真实验表明,该方法具有良好的加密效果和较强的安全性.     

基于Baker映射的混沌图像加密算法

提出了一种基于二维Baker映射的混沌图像加密算法,通过图像置乱和像素值变换实现了图像的加密.实验证明,该算法密钥空间大,安全性强,能够实现对任意大小图像的加密,具有良好的加密效果.     

基于多重元胞自动机的图像水印加密算法

针对目前基于直方图平移类可逆水印算法存在的安全问题, 提出一种基于多重元胞自动机(Cellular automata, CA)的图像水印加密算法. 该算法综合考虑辅助信息、水印及水印图像三方面的安全性, 利用不同的元胞自动机规则进行逐级加密, 建立多重加密模型生成加密水印图像. 仿真结果表明, 该算法在密钥空间、直方图分布、相关性、信息熵及灰度变化等安全评估标准下均具有较高的安全性, 有效克服了基于直方图平移类可逆水印算法在安全性方面存在的不足.     

一种加密域鲁棒图像哈希算法

随着云计算的发展,越来越多的多媒体数据存储在云端,出于安全需要,往往需要对其加密后再上传至云端进行存储或运算等操作.针对加密图像,在不具备图像明文内容的情况下,为了认证图像内容的完整性和真实性,提出了一种基于Paillier同态加密的鲁棒图像哈希算法.该算法主要由3个部分构成:图像所有者端图像加密,云服务器端密文图像哈希计算以及接收者端明文图像哈希生成.具体地,图像所有者对图像进行Paillier加密,并将加密图像上传至云服务器,由云服务器利用Paillier密码系统的运算法则执行加密域DCT与Watson人眼视觉特征等的计算,并利用密钥控制的伪随机矩阵增加哈希的随机性,接收者解密并分析接收到的密文哈希,生成明文图像哈希.实验结果表明,所提算法在鲁棒性、唯一性和安全性上具有较理想的性能.     

基于复合混沌序列与小波变换的图像加密算法

针对单一混沌映射有可能退化为周期问题以及图像置乱加密计算量大的缺点,提出了一种基于复合Logistic和Chebychev映射与小波变换的图像加密算法。算法根据密钥控制复合混沌序列的初始参数,生成混沌序列,进而对图像进行置换加密,然后对加密后的图像进行小波分解,再对小波近似系数进行置乱加密。实验结果表明,该算法改进了单一混沌序列的退化问题,使混沌序列具有更好的随机性并改进了图像的直方图分布,算法具有良好的加密效果。     

基于混沌的图像小波域加密算法

研究了适应用于JPEG2000标准的图像加密技术。首先给出了一个基于Chebychev多项式的混沌映射，分析了它的统计特性；为实现基于质量可控的图像加密，构建了加密质量控制模型，并在此基础上进一步构造了图像小波域加密算法，对算法进行了有效性分析。实验结果验证了该算法的可靠性、安全性和高效性，而且对JPSEC是实用的。     

数字图像置乱加密解密技术的研究与实现

研究了多媒体图像加密解密的相关技术,对相关的加密算法进行了研讨和实现,主要对三种图像置乱算法利用MATLAB软件进行了编程实现。首先对像素置乱、行列置乱、色彩饱和度置乱三种算法进行实现,分析不同算法的加密效果。然后用三种加密方法对选取的同一图片进行了加密解密实现,比较加密效果,分析三种算法各自的优缺点。     

采用细胞神经网络结构进行图像加密的框架及算法

为提高图像加密算法的安全性和速度,基于细胞神经网络的并行计算和局部扩散特点,提出一种图像分组加密框架,并设计出相应的加密算法.在每轮加密中,各细胞先对其负责的图像块进行像素混合、轮密钥异或和S盒替代加密操作,再与相邻8个细胞的输出进行异或运算.该算法适于VLSI实现,且支持并行计算.理论分析和实验结果表明,该算法在安全性能方面表现优异.     

基于混沌映射的图像块加密算法

针对图像置乱和扩散加密算法中的漏洞,提出一个明文信息可以参与的加密算法.通过耦合混沌序列来提取部分明文信息,采用提取的明文信息控制密钥的产生进而对明文加密.在加密的过程中,利用计算机二进制的特点进行分块加密,并对图像进行扩散处理.理论分析和仿真实验结果表明,该算法具有足够大的密钥空间,密文对密钥很敏感,能够抵抗明文攻击和统计攻击,比仅对图像置乱和扩散加密更安全,并且加密效果较理想,可广泛应用于信息安全领域.