Haar整数频域变换耦合动态引力模型的加密算法

目的实现数字图像与QR二维码信息的安全保密。方法基于频域-空域双重加密的思想,提出Haar整数频域变换耦合动态引力模型的图像无损加密认证算法,并将该算法应用于QR二维码的加密传输。首先引入Haar小波变换,定义频域系数修整模型,将明文分解为4个子带;随后基于256位外部密钥,迭代3D Chen系统,建立混沌序列择取与优化机制,有效消除瞬态效应,从而输出3个优化子序列,通过融合这些序列,输出一组密钥流,基于升序排列,形成位置扰乱源,对4个子带完成频域置乱,再利用Haar逆变换,形成置乱密文;构建像素点质量动态估计模型,改进引力模型,对置乱密文完成空域扩散;定义密文深度分段扩散机制,对初始密文完成二次扩散,提高密文的NPCR(Number of Pixels Change Rate)与UACI(Unified Average Change Insensitive)值;最后,引入HASH检测机制,赋予算法决策功能,对图像在传输中是否遭到攻击进行认证。结果与基于混沌理论的加密技术相比,文中算法具备更高的安全性与抗剪切攻击能力,且解密图像的失真度最小;同时,对QR二维码信息也具有较高的保密度和较低的解密失真度,在安全加密的同时,也较好地保留了QR二维码的原有结构信息。结论文中算法具有较高的安全性,能够安全保护图像与QR二维码在网络中安全传输,在包装与印刷防伪条码领域具有较好的实际应用价值。     

基于物理随机位生成器与混沌像素交叉互换的图像加密算法

目的为了解决当前混沌图像加密技术忽略了随机序列产生的时间延迟现象,且难以克服其自身迭代的周期性,使其序列的自相关性不理想,导致密文安全性不佳等问题。方法引入级联耦合混沌半导体环形激光器,设计基于物理随机位生成器与混沌像素交叉互换的图像加密算法。首先引入SHA-256散列函数,利用明文像素值,生成一个256位的密钥,并将其分割为一系列的8位子密钥;利用这些子密钥来计算Logistic-Sine复合映射的初始条件,以输出一组随机序列;根据混沌序列,定义像素交叉互换机制,对输入明文进行预处理,消除相邻像素之间的相关性;基于级联耦合混沌半导体环形激光器,充分利用其自身的时间延迟与交叉反馈的特性,设计物理随机位生成器,以同步输出考虑时间延迟的控制矩阵与随机位流;将Logistic-Sine复合映射输出的混沌序列转换为一个过渡矩阵,联合控制矩阵,定义像素混淆机制,彻底改变明文的像素位置;最后,利用随机位流,设计像素联系扩散函数,改变图像的像素值。结果实验结果显示,与当前混沌加密技术相比,所提算法具有更高的安全性与鲁棒性,能够有效抗击明文攻击,相应的密文熵值约为7.9958,且NPCR(7)Number of Pixel Change Rate(8)、UACI(Unified Average Changing Intensity)分别为99.50%、33.46%。结论所提加密算法具有较高的安全性和抗攻击能力,能够安全保护图像在网络中传输,在信息防伪等领域具有较好的应用价值。     

基于显著像素复合矩阵的多图像同步实时加密算法

目的 研究基于显著像素复合矩阵的多图像同步无损实时加密算法。方法 提出引入ZigZag机制,扰乱所有明文像素位置。定义显著像素择取机制, 将置乱后的密文像素分割为显著像素与次要像素, 形成多个显著像素矩阵。设计迭代复数模型, 将这些显著像素矩阵形成复合矩阵, 借助奇异值分解与Logistic映射, 得到矩阵密钥最后构造扩散函数, 利用矩阵密钥对显著像素复合矩阵执行扩散, 获取密文。结果 文中加密机制高度安全, 且无失真, 与当前多图像加密机制相比, 文中算法的加密效率更高,可满足实时性传输需求。结论 文中算法可同时对多幅图像进行实时安全加密传输。     

基于变参混沌的异位异或图像加密算法

目的 解决混沌序列的混沌性能退化,加密算法不能较好地抵御选择明文攻击等问题。方法 提出一种基于变参混沌系统,采用密文反馈的方式,对明文块依次加密的图像加密算法,并在扩散部分摒弃常规的按位异或扩散方式,提出一种按块异位异或算法。结果 对算法进行仿真的结果表明,文中算法对密钥敏感,测试对象的NPCR值分别为99.59%,99.61%,99.61%,UACI值分别为33．44%,33.46%,33.45%,信息熵分别为7.9872,7.9989,7.9977,相较于其他类似算法,文中算法的综合效果更好,密钥空间为(1016)6+1014×9。结论 密文对明文敏感,能抵抗选择明文攻击,该算法不仅有效解决了问题,还具有较高的安全性能。     

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。     

基于无序分割投影策略与重力模型的图像加密算法

目的解决当前图像算法因其像素置乱和扩散操作与明文无关,导致其抗明文攻击能力较弱,且其置乱过程存在周期性,使其安全性不佳等问题。方法提出基于无序分割投影策略与重力模型的图像加密算法。首先对输入明文进行无序分割,获取重叠子块,并构建每个子块的位置坐标计算模型,输出图像子块的位置;根据明文像素量计算Kent映射的初值,通过迭代Kent映射获取随机序列组;定义位置置乱机制,对重叠子块进行混淆;再引入分割投影策略,互换每个置乱子块中的像素位置,再对其重组,输出置乱密文;通过设计像素质量变化函数替换重力模型的固定质量,改进重力模型,对置乱密文完成像素加密。结果实验结果显示与当前图像加密技术相比,文中算法具有更高的安全性,输出密文中的相邻两像素间的关联度最低,具有更强的抗明文攻击与剪切攻击性能。结论所提加密算法能够较好地用于图像信息安全传输,具有较好的应用价值。     

基于混合幅度-相位检索技术与二维耦合混沌映射的光学图像加密算法

目的为了解决当前光学图像加密算法主要将单色光束直接作用于明文,使其在解密过程中易出现丢失颜色信息等问题。方法文中设计基于混合幅度-相位检索技术与二维耦合混沌映射的光学图像加密算法。首先,提取彩色图像的R, G, B分量;随后,引入Logistic映射与Sine映射,通过对二者进行非线性耦合,形成二维复合混沌映射;利用彩色图像的像素信息来迭代复合映射,获取3个混沌序列,通过构建位置引擎混淆机制,对R,G,B分量进行置乱;基于Logistic映射,利用明文像素生成的初值条件对其进行迭代,输出一个混沌随机掩码;最后,基于幅度-相位截断方法和Gyrator变换,设计混合幅度-相位检索技术,利用单向二进制相位函数和随机掩码,对置乱后的R, G, B分量进行加密,获取相应的检测振幅,再将其进行组合,形成实值函数的加密密文。结果实验结果显示,与当前光学图像加密机制相比,所提算法具有更高的安全性与解密质量,具备较强的抗明文攻击能力。结论所提加密技术具有较高的抗攻击能力,能够安全保护图像在网络中传输,在信息防伪等领域具有较好的应用价值。     

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。     

改进的多尺度Retinex耦合夹角约束的图像匹配算法

目的 解决当前图像匹配算法难以适应缩放等仿射变换图像之间的匹配,导致其鲁棒性以及匹配正确性不佳的问题。方法 提出基于改进多尺度Retinex方法耦合夹角约束法则的图像匹配算法。利用双边滤波代替多尺度Retinex方法中的高斯滤波,对多尺度Retinex方法进行改进,以降低图像中噪声与光晕等因素的影响。随后再引入Harris算法来检测图像的特征,通过求取特征点圆域内的Haar小波响应向量和主方向,并以主方向为起点构建扇区,提取扇区内的灰度特征,以获取相应的特征向量,从而生成特征描述符。通过特征点对应的特征向量构成的夹角,建立夹角约束法则,以完成特征点匹配。最后,利用归一化互相关函数检测错误匹配点,并对匹配效果进行优化。结果 文中算法较当前图像匹配方法,具有更好的匹配正确度以及鲁棒性能,当缩放比例达到50%时,其匹配准确率仍可维持在90.08%左右。结论 文中算法在多种几何攻击下仍具有较高的匹配精度,在图像处理、信息安全等领域具有良好的参考价值。     

相似度距离耦合角度径向变换的图像配准算法

目的为了解决当前图像配准算法因利用l1距离或l2距离相似度测量手段来完成图像特征点匹配,使其忽略了相位信息,难以有效消除高斯噪声的影响,使其配准精度与效率不佳不足的问题。方法提出最优相似度距离耦合角度径向变换的抗噪图像配准算法。首先引入角度径向变换,以降低算法复杂度,快速提取图像的特征点。然后联合图像的幅度和相位信息,基于欧式距离测度,定义最优相似度距离测量模型,通过求解其全局最小值,对特征点完成匹配,提高算法的抗噪性能。最后将图像分割为内点与外点,择取6个内点,通过计算其变换矩的几何配准误差,改进随机样本一致策略,对匹配进行提纯,消除误配。结果仿真实验结果显示,与当前基于l1距离或l2距离相似度测量的图像配准技术相比,该算法具有更强的抗高斯噪声性能和更高的匹配精度,且算法时耗最短。结论所提算法能够精确完成图像特征配准。