基于时空混沌系统的彩色图像加密算法*

提升混沌系统的复杂性,对保证基于混沌的加密算法的安全性有重要的意义。本文将分段Logistic映射引入到时空混沌模型中,有效增加了时空混沌模型的复杂性。基于此模型提出了彩色图像的加密方法。在加密算法中,为了增强算法的安全性,以时空混沌系统的状态值作为置乱方程选择的依据,同时考虑了彩色图像R,G和B三个分量之间的相互置乱。然后,利用时空混沌模型产生的复杂数字序列对置乱后的图像进行扩散操作。经多轮的置乱和扩散操作后,产生最终的加密图像。性能分析以及仿真实验的结果表明该算法具有良好的安全性,能够有效满足图像在网络中安全传输的需求。     

Efficient implementation of chaotic image encryption in transform domains

The primary goal of this paper is security management in data image transmission and storage. Because of the increased use of images in industrial operations, it is necessary to protect the secret data of the image against unauthorized access. In this paper, we introduce a novel approach for image encryption based on employing a cyclic shift and the 2-D chaotic Baker map in different transform domains. The Integer Wavelet Transform (IWT), the Discrete Wavelet Transform (DWT), and the Discrete Cosine Transform (DCT) are exploited in the proposed encryption approach. The characteristics of the transform domains are studied and used to carry out the chaotic encryption. A comparison study between the transform-domain encryption approaches in the presence of attacks shows the superiority of encryption in the DWT domain.     

A new chaotic map based image encryption schemes for several image formats

This paper proposes several image encryption schemes for popular image formats as Joint Photographic Experts Group (JPEG), Graphics Interchange Format (GIF), Portable Network Graphics (PNG), and Tagged Image File Format (TIFF). A cross chaotic map proposed based on Devaney's theory and dynamic block dividing of the 3D baker using the cross chaotic map are used for diffusion and permutation in encryption. Moreover, in order to verify user's identity, authentication is carried out using information hiding based on the cross chaotic function. In our methods, image files syntax and structure are not destructed, and the original image can be recovered lossless. For GIF, it keeps the property of animation successfully. The security test results indicate the proposed methods have high security, and the speed of our algorithm is faster than classical solutions. JPEG, GIF, TIFF and PNG image formats are popular contemporarily. Therefore this paper shows that the prospect of chaotic image encryption is promising.     

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.     

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.     

面向混沌图像加密系统的密文分析方法

目的 密文评估方法在衡量和增强混沌图像加密系统的安全性方面发挥着至关重要的作用。现有以密钥空间、密文密钥敏感性、像素个数变化率和统一平均变化强度等为代表的评估方法虽无法保证通过测试的加密系统一定具有非常高的安全性。而以选择明文攻击为代表的分析方法,与前者相比缺乏通用性和一致性,需要针对不同的加密系统设计不同的攻击方案。针对上述问题,本文基于深度学习模型面向混沌图像加密系统提出了一种兼具通用性和有效性的密文评估方法。方法 该方法的核心思路是以降噪自编码器为基础模型,使用编码器分别对图像加密方法中的扩散密文、置乱密文和完整加密密文进行深度表示,然后使用解码器以上述深度表示为输入生成相应的不同明文,最后统计该明文与真实明文间的结构相似度作为度量加密方法抵抗密码学常用攻击手段能力的量化指标。对于一个加密方法来说,不仅其完整加密密文必须完全不可破译,而且其置乱阶段和扩散阶段的密文中也必须有一项是完全不可破译的,否则表明加密方法存在严重的安全缺陷。另外,密文数据集是影响上述方法有效性的关键因素。针对该问题,本文提出了一种相关性密文生成方法,该方法充分利用了明文敏感性密钥的特性,确保了生成的密文和本文评估方法的真实性和有效性。结果 本文以 Arnold 置乱、2D-SCL（2D chaotic map based on thesine map,the chebyshev map and a linear function）加密和基于二维交叉混沌映射的量子加密为例对提出的密文评估方法进行了实验验证,实验中用到的数据集分别是 MNIST（modified national institute of standards and technology database）和 Fashion-MNIST。实验结果显示,本文提出的密文分析模型对上述加密方法及其各个阶段生成的密文图像表现出不同的密文分析能力：对 Arnold 置乱、2D-SCL 扩散和量子 bite 置乱的密文来说,破译图像与真实图像间结构相似性指数（structural similarity,SSIM）的值均大于 0. 6;虽然在其他阶段的密文分析方面的效果较低,但也能破译出部分关键明文信息,呈现出较高的结构相似度。结论 本文提出的密文图像分析方法通过客观的评价指标数据,能够有效地评估加密方法的安全性,为提升混沌图像加密方法的安全性提供了直观有效的量化依据,具有较高的指导意义。     

Feedback image encryption algorithm with compound chaotic stream cipher based on perturbation

In this paper, two new one-dimensional chaotic functions are designed using Devaney chaotic definition. And a dynamically shifting compound chaotic function is constructed based on the two new one-dimensional chaotic functions. The properties of compound chaotic functions are also proved. A new feedback image encryption algorithm is designed using the new compound chaos and an image pixel permutation, 3D baker scheme is described in detail. In the scheme, a new dynamic block dividing the 3D baker is put for...     

一种多混沌快速图像加密算法的设计与分析

针对单一混沌系统安全性低、图像置乱与扩散无法抵御选择明文攻击及效率低等问题,在分析传统图像加密算法的基础上,提出一种多混沌系统图像加密方法。算法采用图像置乱与扩散相结合,引入Logistic及Kent产生控制参数,设计了明密文相关的多轮加密策略。经过分析测试,算法具有更高的执行效率,两轮加密即可满足图像的安全性及实时性要求。     

A new image encryption algorithm based on non-adjacent coupled map lattices

We propose a new image encryption algorithm which is based on the spatiotemporal non-adjacent coupled map lattices. The system of non-adjacent coupled map lattices has more outstanding cryptography features in dynamics than the logistic map or coupled map lattices does. In the proposed image encryption, we employ a bit-level pixel permutation strategy which enables bit planes of pixels permute mutually without any extra storage space. Simulations have been carried out and the results demonstrate the superior security and high efficiency of the proposed algorithm.     

基于分段非线性混沌映射的流密码加密方案

基于分段非线性混沌映射设计了一种流密码加密方案。用Logistic映射的输出作为分段非线性映射的分段参数,以Henon映射输出的混沌序列经运算后得到迭代次数,分段非线性混沌映射的输出与明文相加取模后生成密文。仿真实验和安全性分析表明,该方案的密钥空间大,对明文和密钥敏感,能有效抵抗穷举攻击、差分攻击和统计攻击,且实时性较好。     

基于约瑟夫和Henon映射的比特位图像加密算法

针对传统的图像加密算法,加密策略与待加密图像无关且对像素的置换和混淆往往被拆分为两个耦合性较低的孤立环节所带来的安全问题,提出基于约瑟夫遍历和广义Henon映射的图像比特位加密算法,将待加密图像安全哈希算法1(SHA-1)摘要和用户选定的加密参数联合作为密钥,驱动广义Henon映射对改进的用于位点置换的约瑟夫遍历映射的起始位置、报数间隔和报数方向进行随机扰动,从而使不同的加密图像和加密参数实质对应于不同的位点置换过程,并添加了位点混淆过程以提高位点置换的安全性.实验表明,所提算法可有效地抵抗选择性明文攻击,具有较大的密钥空间和较好的加密性能.     

一种混沌图像加密算法研究

针对传统基于混沌加密系统没有考虑图像信息自身特点的缺点,文章提出了一种混沌图像加密算法。该算法首先利用混沌理论的到图像的混沌序列,然后通过DCT变换对得到的序列进行位置置乱、灰度值替代的加密处理。文章还对此算法密钥空间、密钥敏感性、抗噪声性能和抗破损性能分别进行了分析。仿真结果和性能分析表明,在保证加密性能的同时,不但图像的存储容量大大减小,而且图像的传输速度也得到了有效地提升。     

基于改进cat映射与混沌系统的彩色图像快速加密算法*

针对已有基于混沌系统的图像加密算法计算复杂度较高的问题,基于改进cat映射提出一种计算复杂度较低、易于实现的彩色图像加密算法。本算法包括置乱与扩散两层,置乱层采用比特置乱代替传统的字节置乱,彻底打乱图像各像素的位置,并且对传统二维cat映射进行改进,大幅度地提高了计算效率,采用均匀的混沌伪随机产生器动态地改变加解密过程每轮的控制参数,提高了加密系统的安全性;扩散层则采用比特矩阵方法将每块扩散处理。基于真实图像的实验结果表明,本算法可抵御不同类型的攻击,计算效率较高。     

基于三维混沌系统的图像加密算法

为了改进图像加密算法的安全性和效率,提出了一种基于三维混沌系统和位运算的数字图像加密算法,利用三维混沌序列的坐标分量分别产生置换序列和二值序列,在对待加密图像进行预处理的基础上,先应用混沌置换序列对预处理的结果图像进行基于灰度值位序列的置换操作,然后再应用产生的二值序列对结果图像的灰度值位序列进行位异或加密运算。实验结果表明,该算法具有良好的安全性和加密效果。     

基于混沌的一种图像加密算法*

基于二维时空混沌模型,给出了一种时空混沌二值序列的产生方法,并对其性能进行了分析。结果表明,该种序列消除了相邻点的相关性,改善了统计分布特性,并利用此方法产生的序列对灰度图像进行加密。仿真结果表明,用该方法产生的序列对图像加密后,其相邻像素点的相关性很低,并对其密钥敏感性和统计特性进行了分析,均说明该方法应用于图像加密很有效。     

一种新的基于双混沌系统的图像加密方案

提出了一种新的基于双混沌系统的图像加密方案。把Chen’s系统和Logistic映射结合起来产生随机性更加良好的三维混沌密钥序列,并从密钥序列中通过采样提取出新的用于加密的序列。提出了图像置乱算法和替代加密算法,利用Logistic映射产生的一维混沌序列来实现像素位置的置乱,像素值加密算法采用按分组进行加密和二次加密来对像素值进行加密。通过实验测试表明：算法具有良好的像素值混淆和扩散性能,有较强的抗统计攻击的能力和足够大的密钥空间,加密图像像素值具有类随机均匀分布特性,且相邻像素具有零相关特性。这些结果表明了所提出方案有很高的安全性。     

基于GPU的密文分组随机链接加密模式的研究

大部分传统的分组加密模式不能有效应用于GPU上。分析传统加密工作模式,结合GPU并行计算的要求提出一种满足GPU执行要求的、高效的、安全的分组加密模式——密文分组随机链接加密模式(RCBC)。该模式不但执行效率高,并且增加了破解难度。实验结果表明,在CPU_GPU上采用RCBC的密码算法在处理数据时,呈现出高效的处理能力。     

一种基于Logistic混沌序列的图像置乱算法的安全分析

分析最近由袁玲等人提出的一种基于Logistic混沌序列和位交换的图像置乱算法所存在的脆弱性,提出必须使得混沌密钥序列的产生过程与明文本身建立起联系的改进建议。通过提出的已知明文/选择明文攻击这两种方法,可以方便地获得该算法的等效密钥。理论分析和仿真实验证明：原算法存在安全隐患,易受攻击,有待加强安全性。     

混沌随机全排列置换加密算法及应用

提出了一种基于混沌的确定性随机全排列生成方法,利用该方法设计了一种高强度的通用置换加密算法。该加密算法可以作为一个通用模块加入到其他密码系统中,以提高密码系统的强度和安全性,并应用到图像和文本数据加密中。实验和测试显示,该算法的置乱效果显著,加解密速度快,是一种良好的通用置乱方法。