基于混沌系统的彩色图像加密新方案研究

为发掘网络传递和图像加密的潜在价值,主要针对基于混沌系统的彩色图像加密新方案研究进行简单分析和探讨。     

基于复合混沌模型的高级加密标准图像加密算法

为提高图像加密算法的安全性能,提出了一种基于复合混沌系统的改进的高级加密标准加密算法。该算法将Logistic混沌序列与Chebyshev混沌序列相结合,产生2种新的混沌映射。一种复合混沌矩阵作为高级加密标准的轮密匙,进行像素置乱;另一种复合混沌矩阵组成S盒,进行位置置乱。另外,对图像像素点进行位移及列混合操作,进一步达到位置置乱的目的,实现动态变换密钥的高级加密标准图像的加密。实验结果表明,该算法具有较高的密钥敏感性、良好的置乱效果及高效性。     

基于新型多环多翼超混沌系统的图像加密算法

目的 为提高图像加密算法的安全性,提出一种新型多环多翼超混沌系统的图像加密算法.方法 对超Lorenz混沌系统进行分形变换,得到多环多翼超混沌系统,设计一种基于该混沌系统的查表运算扩散算法.算法采用典型的置乱-扩散模式,借助Logistic混沌系统对明文图像进行无重复索引置乱,将新型多环多翼超混沌系统产生的密钥序列结合明文信息,对一次扩散图像的每个像素值进行正逆向扩散,得到最终的加密图像.结果 置乱图像的平均不动点比为0.003％,密文直方图分布均匀,相邻像素相关性几乎为零,信息熵达到了7.999,且NPCR,UACI和BACI的值分别为99.61％,33.46％和26.7％,与同类加密算法相比,该算法加密效果更优.结论 算法具有较强的密钥敏感性,能有效抵抗剪切、噪声等攻击,所提出的图像加密算法具有较高的安全性.     

改进的引力模型耦合明文像素相关交叉机制的图像加密算法

目的解决当前图像加密技术严重依赖混沌系统,使其通用性较差,难以直接加密非方形图像,且因混沌系统的周期性,算法的安全性不足的问题。方法提出了改进的引力模型耦合明文像素相关交叉算子的图像加密算法。首先,利用多个一维混沌映射,定义联合混沌变换模型,输出密钥流;随后,基于明文像素位置,设计像素相关交叉机制,联合密钥流,对明文进行高效置乱;构造质量动态变化函数,用其替代传统引力模型中的恒定粒子质量,增强算法的敏感性,并用改进的引力模型对置乱图像完成扩散,彻底改变像素值;最后,构建密文增强模型,对输出密文进行二次扩散,扩大密文的NPCR(Number of pixel change rate)与UACI(Unified average changed intensity)值。结果实验结果表明:与当前图像加密机制相比,所提加密算法不但可以扩散方形图像,而且能够对非方形目标直接加密,具有更高的通用性与安全性,以及更强的抗差分攻击能力。结论所提出的算法能够加密非方形尺寸的图像,具有较强的通用性与安全性。     

基于双向相关扩散与非线性混沌S盒的图像加密算法

目的 当前混沌加密方案主要采用存在迭代周期性的序列与单向扩散机制来实现像素的混淆,设计一种加密算法以解决其抗破译性能较弱的问题。方法 设计了基于双向相关扩散与非线性S盒的图像加密算法。借助哈希方案,形成一个与初始图像内容相关的密钥;基于2D混合混沌函数,利用子密钥来设计位置交叉规则,实现明文的像素置乱;基于线性分阶变换,联合混沌随机数组,构建一个16×16的非线性S盒;定义S盒的循环向前移位机制和向前扩散机制,对置乱图像完成正向加密;再更新混合混沌系统的初始条件,构建逆向扩散机制,对正向密文完成反向加密。结果 测试数据显示,与已有混沌加密方案相比,在安全性和效率方面,所提方案的优势更大,其时耗时仅为0.59 s,且稳定的NPCR和UACI值分别达到了99.74%,33.69%。结论 所提加密方案可以抵御网络中外来攻击,可充分保证图像内容的真实性。     

基于三维Lorenz混沌系统的数字图像水印算法

数字水印技术是知识产权保护和数字多媒体防伪的有效手段。分析比较数字图像水印算法中常见的混沌系统,选取三维Lorenz混沌系统产生的混沌序列对数字水印信息进行加密处理,增强水印信号的鲁棒性。水印图像的嵌入选用三级小波分解的系数,均衡不可见性和鲁棒性。水印图像的提取需要原始载体图像。     

Henon映射的图像加密新算法

从混沌动力学的角度出发,运用非线形控制系统的原理来研究混沌序列.以Henon映射为基础,在控制系统设置控制参数以形成混沌序列.同时也证明了模加减运算是成立的,并给出了相应定理的证明.在图像加密新算法中,运用了异或运算和模加减运算相结合的方式.实验结果证明,该算法生成的混沌序列对图像加密具有比较好的效果.     

基于一类离散混沌系统的加密技术研究

针对一维离散混沌加密系统密钥空间小、安全性能差等缺点,提出了一种基于连续混沌系统通过最小二乘法构造离散混沌系统的方法,改进了加(解)密实数混沌序列映射为加(解)密因子序列的位序列方法.实验研究表明,本文提出的离散混沌系统加密技术既保留了一维离散混沌系统加密、解密效率高的特点又进一步提高了加密系统抗破译的能力.     

数字水印图像的置乱加密预处理研究

分析了分组置乱加密与混沌置乱加密算法,阐明了置乱加密预处理的安全性和置乱效果,提出了一种基于水印图像置乱加密的抗JPEG压缩的半脆弱数字水印算法.     

基于加权直方图位混淆与分阶混沌异扩散的快速图像加密算法

目的为了解决当前图像加密技术因在置乱和扩散过程忽略了明文像素特性,导致其抗明文攻击能力较弱,并且整个像素扩散均采用相同的加密机制来实现,存在安全性不理想问题,文中设计基于加权直方图位混淆和分阶混沌异扩散的快速图像加密算法。方法该算法充分利用整个明文的像素值,将其嵌入到整个置乱与扩散阶段,且在扩散过程中,利用不同的加密函数对不同的像素进行扩散。首先,联合Logistic与Tent映射,利用非线性组合思想构建新的低维混沌系统,并分析其混沌性能;考虑输入明文的像素值,建立像素加权直方图,借助外部密钥,生成复合混沌系统的初值,通过迭代输出随机序列;再将明文的每个像素在位水平上进行扩展,利用离散化的随机序列在位水平上实现明文混淆;随后,将分数阶理论嵌入Logistic映射中,构建分阶Logistic混沌映射,利用像素的加权直方图对其迭代,输出混沌数组;对混淆密文的像素进行分类,结合混沌数组,设计异扩散模型,对三类像素进行不同的加密。结果测试结果显示,与当前混沌加密算法相比,所提加密机制具有更强的抗明文攻击能力,其输出密文的像素分布更为均匀。结论所提加密技术兼顾了较高的安全性与效率,能够较好地保护图像在网络中安全传输。     

基于忆阻器的混沌系统原理及应用

本文在蝴蝶效应理论中引出的混沌系统的基础上,提出了一种串行忆阻器的混沌系统,通过建立混沌系统的电路图,给出电路的关系式,再通过仿真器去模拟基于此电路的混沌系统。在密码学的发展过程中,密码变得越发复杂,解密技术也愈加发达,信息的保密性开始受到威胁,在此基础之上,将混沌的复杂性与无法预测性结合在密码的组合中,使得密码变得更加多变复杂,本文中也展现了基于此混沌系统的图像的加密和解密。实验结果表明,串行忆阻器系统的电路可以产生混沌,并且混沌系统能对图片进行较好的保密。     

基于混沌系统与多方向扩散的图像加密算法

目的为了避免只从单一方向来扩散图像像素,并提高加密密文的安全性,设计了混沌系统与多方向连续扩散的图像加密算法。方法综合Tent,sine映射,联合改进的Logistic映射,设计混合混沌机制,将Logistic模型的输出值作为触发器,获取一组随机性较强的混沌序列,对初始明文进行交叉置乱,高度混淆其像素位置,有效降低置乱周期性;构建量化机制对混沌序列进行处理,获取密钥流,从而设计多方向连续扩散机制,从4个不同的方向,利用不同的扩散模型来改变像素值,显著降低扩散周期性。结果实验结果显示,与当前混沌加密机制相比,所提算法具有更高的安全性与敏感性。结论所提加密算法能够确保图像在网络中安全传输,在包装信息防伪等领域具有较好的应用价值。     

混沌保密通信系统应用分析

随着混沌同步保密通信技术的发展,混沌图像保密与加密成为人们研究热点,因此研究混沌的保密通信技术具有非常重要的实际应用价值。     

基于混沌与Arnold变换的小波域数字水印

本文提出了一种基于混沌加密和Arnold置乱的数字水印算法,将含有版权标志信息的二值图像作为水印,用双混沌序列对其进行加密,用改进的Arnold变换对其进行置乱。在小波信号的低频处嵌入水印,提高了水印的鲁棒性。实验证明该算法是十分有效的。     

基于改进的替换-扩散结构和变量控制参数的图像加密算法

提出一种基于改进的替换-扩散结构和变量控制参数的图像加密算法。首先使用传统的Arnold变换进行图像位置置乱,再利用Logistic映射产生混沌序列改变图像的灰度值,从而构造出一个位置置乱和像素值改变相结合的图像加密算法。最后使用Matlab进行实验仿真,结果表明该算法能够取得很好的加密效果,且具有算法简单,密钥空间大,密钥敏感性强等特点。基本满足图像加密的有效性和安全性要求。     

基于混沌和置乱双重加密的数字图像水印算法

提出一种基于离散平稳小波变换的变换域的数字图像水印嵌入和提取算法.本算法先将数字水印图像进行置乱变换(Arnold变换),然后将置乱后的水印图像进行混沌加密,将加密后的水印按行展开成一维行向量,并将像素值从大到小排序,将原始图像平稳小波分解得到的低频系数也按行展开成一维行向量 ,并按从大到小排序.将排序后的水印图像嵌入排序后的低频系数中,变回二维后结合其它频域重构出水印图像 ,水印提取是嵌入过程的逆过程,将提取出的水印图像进行混沌解密、Arnold反置乱变换得到原始水印图像.本算法选择了合适的水印嵌入位置,实验结果表明:该算法使图像的不可见性好,而且所嵌入的水印对一般的图像处理攻击如噪声、滤波、旋转、压缩等有较强的鲁棒性.     

一种基于混沌映射的鲁棒性图形水印算法

提出了一种基于混沌映射的DCT域数字图像水印算法。将含有特定信息的二值序列作为原始水印,利用混沌密码对其进行加密,并在嵌入时再利用混沌映射将水印信息嵌入原始图像的DCT域,使得水印方案具有双重安全性。由于在水印检测时不需要原始图像的参与,该算法实现了水印的盲检测。实验结果表明,用该算法嵌入的水印信息具有不可见性,其对常见的图像处理如JPEG压缩、噪声、滤波以及剪切等具有良好的鲁棒性。     

混沌神经元耦合置乱神经元的图像加密算法研究

目的为了使当前加密系统具有更强的密钥敏感性以及更大的密钥空间,以提高抗各种攻击性能。方法提出一种新型的基于置乱神经元耦合混沌神经元的图像加密算法。加密系统的置乱和扩散由2个不同的3层神经构成,分别是置乱神经元层和混沌神经元层,混沌密钥生成模块则通过相应的权值和偏置来对这2层结构进行控制。在混沌神经元层扩散过程中,3个混沌系统用来生成权值矩阵和偏置矩阵,通过非线性标准化、按位异或操作来进行非线性组合,并通过Tent映射来进行激活,以获得扩散信息。在置乱神经元层置乱过程中,利用混沌密钥生成模块获取置乱矩阵,对扩散信息进行线性置乱处理,再通过二维Cat混沌映射对信息进行非线性置乱处理,并与当前加密算法进行对比。结果与当前加密算法相比,文中算法安全性更高,平均熵值为7.9991,且该加密算法的密钥空间大,为2160×1060,密钥敏感性强,错误与正确密钥之间的密文差异率为99.765%。结论设计的加密算法高度安全,可有效抗击各种攻击。     

基于JTC和扩频技术的多二值图像光学加密技术

为了提高光学加密系统的传输效率和安全性,提出了一种多二值图像光学加密技术。该方法加密时采用数字方法和光学方法联合实现,解密过程可采用纯光学方法实现。加密时,首先将待加密图像乘以不同密钥进行频谱扩展,再进行算术叠加生成复合图像。然后将复合图像置于联合变换相关器的输入面上进行光学加密。解密时,需要在频率域利用光阑从复合图像中提取出每一幅原始图像。理论分析和计算机仿真表明,该多二值图像光学加密技术系统结构简单,图像复用容量巨大,具有较高的安全性。     

一个切换Lorenz混沌系统在图像加密中的应用

目的将一种新型的切换Lorenz混沌系统引入到图像加密系统中,以提高图像加密的效果。方法图像加密系统采取"置乱-扩散-置乱-扩散"的过程,首先结合密钥K,将切换Lorenz混沌系统结合四阶龙格-库塔方程对明文图像进行离散,并通过Arnold映射对明文图像矩阵进行置乱;通过"异或"位运算对图像进行扩散处理;再通过Logistic映射对图像进行置乱;最后通过"循环移位"运算对图像进行扩散处理。结果经过仿真实验对图像加密性能进行测试,密文图像的相关指标参数NPCR和UACI的测试值分别约为99.60和33.4,都很接近于它们的理论值,信息熵的测试结果约为7.997,也非常接近于理论值8。结论表明引入新型切换Lorenz混沌系统的图像加密系统具有较强的鲁棒性、可靠的安全性,可以有效地提高加密系统的各种抗攻击能力。