整合ChaCha20哈希运算的分块扩散自适应图像加密算法

目的 针对数字图像网络传输安全性和混沌加密算法自适应差的问题,提出一种基于ChaCha20哈希运算的分块扩散自适应图像加密算法(BDCH)。方法 BDCH算法首先通过分段线性混沌映射(PWLCM)产生的混沌序列填充明文图像,使其成为方形图像;其次,利用初始输入密钥及明文图像总和,通过ChaCha20哈希运算生成8×8的初始哈希矩阵,并与PWLCM混沌映射生成的伪随机序列作用,联合产生哈希密钥矩阵,PWLCM的迭代初值选取为初始密钥矩阵均值、初始密钥及明文图像归一化均值;然后,利用Arnold和PWLCM映射同步置乱扩散整幅图像,并分成互不重叠的8×8大小图像块;最后,采用哈希密钥矩阵对图像块进行两轮扩散,完成图像加密。结果 灰度及彩色图像的计算机仿真与性能分析表明,BDCH算法的信息熵、峰值性噪比、密钥敏感性指标优于其他加密算法,并且解决了直接使用初始哈希矩阵会产生的弱密钥问题,密钥空间大。结论 结合同步置乱扩散和哈希密钥矩阵非线性分块扩散的BDCH算法可有效抵抗各种攻击,安全性高、自适应性强,适合各种类型的灰度及彩色图像加密,潜在应用价值大。     

基于四维超混沌系统的彩色图像加密算法

针对彩色图像在加密过程中数据量大、相邻像素相关性强及冗余度高等缺陷,提出基于新四维超混沌的彩色图像加密算法.利用混沌性能更好的四维超混沌系统与反向传播神经网络结合进行序列融合运算,生成伪随机性更好的融合序列作为密钥流;利用密钥流对彩色图像像素块进行位置置乱及像素扩散运算,得到最终的密文图像.仿真计算结果表明,该加密算法...     

融合神经网络变换和通道置乱的彩色图像加密

针对传统彩色图像加密过程中密钥空间小、彩色通道加密不彻底导致的密文图像抗差分攻击能力弱等问题,提出一种融合神经网络随机变换和通道置乱的彩色图像加密算法。将彩色图像R、G、B色彩通道进行分离,利用变换技术分别对3个色彩通道进行像素级置乱;利用并行混沌系统生成两组伪随机序列,引入人工神经网络对其进一步变换生成新序列。使用随机序列分别对彩色图像的通道内和通道间进行像素级扩散和置乱。实验结果表明,神经网络随机性可显著扩大密钥空间,提出算法在密文图像安全性和抗攻击能力上具有显著优势。     

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.     

基于多分数阶混沌系统的彩色图像加密算法

为了实现对彩色图像信息的有效保护,提出一种像素置乱及密文交错扩散技术相结合的加密算法。首先对3个分数阶混沌系统产生的混沌序列进行优化改进,得到两组不同的性能优良的混沌密钥序列,并将RGB彩色图像转换为由基色分量组成的灰度图像;然后,利用一组改进的混沌密钥序列对该灰度图像的像素位置进行置乱;最后,利用另一组改进的混沌密钥序列对置乱图像进行2轮基色分量之间的密文交错扩散操作,得到加密图像。仿真实验表明,该算法具有足够大的密钥空间,高度的密钥敏感性,较好的像素分布特性,且在抵抗唯密文攻击、差分攻击、选择明文攻击及统计攻击方面都具有良好的性能,可以广泛地应用于多媒体数据的保密通信中。     

一种基于新的混沌系统的彩色图像加密算法

为克服现有的图像加密算法由于使用一维混沌系统所导致的安全性低的缺陷,基于新的三维混沌系统,本文提出了一种彩色图像加密算法。该算法首先利用混沌序列对图像的像素位置进行置乱处理,打乱彩色图像各颜色分量的像素位置;在此基础上,对置乱后的彩色图像进行像素值的扩散处理,通过使用混沌序列和异或、取余运算,改变置乱图像每个像素点的三基色像素值,从而得到最终加密图像。实验结果表明,本文所提出的彩色图像加密算法具有密钥空间大、敏感性强和安全性高等特点。     

基于改进的CAT置乱与Henon_Kent混沌系统的彩色图像自适应加密算法

为了解决彩色图像加密算法中密钥与明文图像不关联的安全性不足以及CAT映射成立条件的问题,提出一种基于改进的CAT置乱系统与Henon_Kent混沌扩散系统的彩色图像自适应加密算法。该算法首先利用明文图像特征信息生成密钥;然后通过改进的CAT置乱系统对图像进行像素位置的三维置乱,再将Henon_Kent混沌系统所产生的三个混沌序列分别对RGB三个通道的像素灰度值进行扩散;重复以上两个步骤,以密文图像的信息熵大于7.99为结束条件。仿真表明该算法能够抵抗现有的攻击方法,具有较强的加密性能。     

椭圆曲线与自适应DNA编码的混沌图像加密算法

目的 当前大多数的混沌图像加密算法采用与明文相关的对称加密方式,存在密钥冗余以及一次一密模式难以实现的问题,为此,提出一种新的椭圆曲线与自适应DNA（deoxyribonucleic acid）编码结合的混沌图像加密算法。方法 算法利用椭圆曲线的公钥密码体制达成密钥共识,结合4维Lorenz超混沌系统产生共识密钥序列用于自适应DNA编码加密,在DNA编解码的扩散过程中内嵌中间密文状态反馈的动态扩散—自适应置换结构以抵抗分割攻击与选择明文攻击,加密过程的密文状态在解密端能够自适应同步,无需额外传输。结果 算法的密钥空间为2²⁵⁶,足以抵抗穷举攻击。通过对多幅不同尺寸的测试图像进行仿真,比特变化率（number of bit change rate,NBCR）均接近50%,密文各方向上的相邻像素相关性均接近于0,信息熵接近理想值8,并且全部通过NIST SP800-22随机性测试以及抗差分攻击分析。其他混沌图像加密算法进行对比分析,结果表明,本文算法具有极高的实用性和安全性。结论 本文算法完善了密钥冗余的问题,提高了算法的可行性,同时通过实验验证了算法的安全性,适合用于对各种尺寸的图像进行加密及相关的信息安全保障。     

基于L-K双混沌系统的彩色位级图像加密算法

针对传统加密算法精度有限、安全性低等问题,提出一种新的彩色图像加密算法。利用Liu混沌系统产生的混沌序列对彩色图像R、G、B三层的低五位进行索引位置置乱,再对高三位进行Arnold置乱;采用自适应方式进行扩散,并将R、G、B三层的密文图像循环异或,得到初步密文图像;联合像素级加密进行Hilbert置乱,采用Kawakami超混沌结合图像信息进行分形扩散,得到最终密文图像。仿真实验表明,该算法NPCR和UACI达到99.78%和33.37%,信息熵为7.9970,安全性很高。     

整合神经网络置乱图像的动态自反馈混沌系统图像加密

目的 针对当前大多数数字图像加密算法多采用单一的混沌系统,且置乱方法基本只采用像素行列互换、Arnold变换、Baker变换、序列排序构造替换表等几类,提出一种新的整合神经网络置乱图像的动态自反馈混沌系统图像加密算法。方法 该算法通过1维Logistic混沌、chebyshev混沌和自定义m（x）运算构造了一种动态自反馈混沌系统,通过频数检测、序列分布图、平衡度分析、相关性分析、Lyapunov指数验证了系统的随机性,并对其序列进行了均匀化处理,通过序列均匀性证明、序列分布图、序列期望和方差验证了均匀化效果。该算法从混沌序列中随机选取输入值和参数输入神经网络,采用每组神经网络输出值构造置乱矩阵进行初次全局置乱,再从bit位进行二次置乱;采用两组与明文相关的秘钥序列进行像素值替代扩散,使得明文到密文经过中间密文变化,增强了算法的安全性。结果 通过计算机仿真和性能分析表明该加密算法体现了良好的密码学特征,从秘钥空间、秘钥敏感性、统计分析、信息熵、差分分析、相邻像素相关性分析各方面验证了其安全性,数据表明该算法秘钥空间达到了2²¹⁶,信息熵为7.998 3,水平、垂直、对角方向相邻像素相关系数分别为-0.000 381、0.000 607、-0.000 309,NPCR值介于（0.995~80.996 6）之间,UACI值介于（0.333~0.338）之间。结论 该算法可以实现良好的加密效果,在数据对比上优于超混沌系统图像加密、像素位置和bit位双重置乱加密等,可以被广泛应用在灰度图像加密中乃至扩展到彩色图像加密中,能够起到图像信息在网络传输、存储中的隐私保护作用。     

一种时空混沌的图像密码

针对现有算法的一些不足,结合Arnold映射和耦合映射格（CML）设计了一种新的图像加密算法,将密文反馈机制引入算法的像素值加密过程中,使密钥流的生成不仅与密钥相关,而且与明文相关,可有效抵抗选择明文攻击和选择密文攻击;另外,由于加密过程将置换和替代（像素值加密）多轮使用,乘积密码的优点得以体现,这就使等效密钥分析很难奏效。最后通过实验验证了算法的安全性和有效性。     

A spatiotemporal chaotic image encryption scheme based on self adaptive model and dynamic keystream fetching technique

This paper proposes a block chaotic image encryption algorithm based on self-adaptive and dynamic key stream fetching technique (DKSFT) which makes use of a non-adjacent spatiotemporal chaotic system coupled with Tent-Sine system (NASC-TSS) for the chaotic orbit generation. The chaotic dynamics of NASC-TSS has incredible cryptographic properties contrasted with the existing 1D chaotic map. Firstly, a bit-level permutation strategy based on circular-shift operation is suggested which focuses to lessen the implications propelled by the classical permutation architectures. Finally, in the block based diffusion phase, a control parameter is designed to update the initial condition of the employed chaotic system. Subsequently, a unique keystream is generated for various plain-image processing which in turn elevates the complexity of breaking the proposed algorithm under known attacks. Furthermore, the pixel handling in both the permutation and the diffusion stages are done with DKSFT in which the keystream selection corresponds to the pixel position of the permutated-image. The adopted strategies such as self adaptive model and DKSFT can keep up the characteristics of the keystream fluctuating and dodge different sorts of attacks, undoubtedly the known-plaintext and chosen plaintext attacks. The investigation outcomes against a series of rigorous security analysis shows that the strong execution of the proposed cryptosystem against various attacks. These highlight an appealing security level with just a single round of encryption operation, making the algorithm impeccably appropriate for some unique interactive media applications.     

基于动态网络的非线性置乱扩散同步图像加密

具有置乱-扩散结构的传统图像加密中的置乱与扩散通常相互独立,易被单独针对破解,且加密过程非线性弱,导致算法安全性差,为此提出了一种具有强非线性的置乱扩散同步图像加密算法.首先,构造新型sine-cos混沌映射,以拓宽控制参数范围,并改善序列分布的随机性;然后,用明文像素与混沌序列的异或和作为混沌初始值产生混沌序列,用其...     

对“改进遍历矩阵和像素值扩散的图像加密算法”的密码分析

最近提出了一个基于混沌的改进遍历矩阵和像素值扩散的图像加密算法,该加密算法首先将Logistic混沌映射构造一个遍历矩阵用于在图像空域迭代置换,然后再采用一个新的混沌序列对像素值进行扩散。通过对该加密算法的分析,找出了该算法存在的安全漏洞,从而提出了选择明文/已知明文的攻击方法,通过选择特殊的明文图像及其对应的密文图像,可在未知密钥的条件下对同样大小的密文图像进行破解。仿真实验结果表明这种攻击方法非常有效。     

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。     

A chaos-based symmetric image encryption scheme using a bit-level permutation

In recent years, a variety of chaos-based digital image encryption algorithms have been suggested. Most of these algorithms implement permutations and diffusions at the pixel level by considering the pixel as the smallest (atomic) element of an image. In fact, a permutation at the bit level not only changes the position of the pixel but also alters its value. Here we propose an image cryptosystem employing the Arnold cat map for bit-level permutation and the logistic map for diffusion. Simulations have been carried out and analyzed in detail, demonstrating the superior security and high efficiency of our cryptosystem.     

基于级联混沌系统改进的图像加密算法

针对目前混沌加密数字图像难以抵抗已知/选择明文攻击的主要缺陷,提出了基于级联L-L混沌系统改进的图像加密算法。不同于传统Fridrich置乱和扩散的架构,采用一种新的改进的加密算法架构使置乱-扩散过程相结合,并利用明文MD5值分组异或调制级联混沌系统的参数和初始值,增加算法对明文的敏感性,从而使整个加密算法能有效地抵抗已知/选择明文攻击。实验结果表明：该改进算法有着很好的加密效果和安全性,并在明文敏感性分析方面效果更好,能有效抵抗已知/选择明文攻击。     

基于迷宫置换和Logistic混沌映射的图像加密算法

传统基于置换和混淆的图像加密算法,置换效率低且难以抵抗已知/选择明文攻击,针对此问题,提出基于迷宫置换和Logistic映射的图像加密算法。为提高置换效率,采用深度优先搜索(DFS)迷宫生成算法来高效产生置换;为抵抗已知/选择明文攻击,将待加密图像的消息摘要算法5(MD5)摘要与用户密钥绑定,用以产生迷宫起点坐标、Logistic参数和初值,然后由Logistic映射产生随机数,来决定迷宫置换的节点试探方向和参与混淆,从而使加密环节与明文图像紧密相连。实验表明,所提算法具有较好的加密质量、较高的安全性,且能抵抗已知/选择明文攻击。