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基于超混沌系统的图像加密算法

发布时间:2019-03-13 02:15:01 文章来源:工具之家    

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li军伟

摘 要 为liao获de理想detuxiang安quanxing提出超ying射hun沌detuxiangjiamisuanfaduimingwentuxiang进xingLogisticzhiluan操作打乱xiangsu点deyuanshi位置使攻ji无法shi别youyongxinxicaiyong超hun沌xitong对miwenjin行zhiluan操作并cai用置乱后miwentuxiang实现明wentuxiangjiami操作zui后对suanfade优越性进行ce试与分析。结果biao明提出desuan法neng够有效实现tuxiang加mikeyi对tuxiang版权实现保护并且neng够抵抗各种类型的攻击,ju有liang好的鲁棒性,在shu字tuxiang安全领域ying用前景广阔。

关键词 超hunxitong; shuzi水印; 明wen图xiang; 加misuan法

中图分类号: TN915.8?34; TP391 文献标shi码: A 文章编号: 14?373X(2017)15?0072?04

Abstract: In order to get the perfect image security an image encryption algorithm based on hyper?chaotic mapping is proposed. The Logistic scrambling operation is performed for the plaintext image to disorganize the original position of the pixel, and make that the attack can′t identify the useful information. The hyper?chaotic system is used to scramble the ciphertext. The scrambled ciphertext image is adopted to encrypt the plaintext image. The superiority of the algorithm is tested and analyzed. The results show that the algorithm can realize the image encryption effectively, protect the image copyright, resist various attacks, and has good robustness and broad application prospect in the field of digital image security.

Keywords: hyper?chaotic system; digital watermarking; plaintext image; encryption algorithm

0 引 yan

图像shiyi种zhong要的多媒ti信xi,近几年,sui着多媒体ji术的不duan发展he成熟,出现大量detu像数据ta们包括许多重要信xi,如科研ji密版权信xi等[1?2]。由yu互lian网的不设防性,ta们在传输中易shoudao非法用户的攻击,从中窃取一些重要信息,破坏性xiang当大,因此,如he保护shuzi图像的安全十分重要。加密suan法作为一种图像信息保护gong具,可yi有效防止非法用户窃取信息,已经成为图像安全领域研究的热点[2]。

dangqian加密算法hen多,如传统的DES算法,该算法zhuyao对普通数据进行加密,而图像数据具有信息大、kong间分布不均匀等特点,使deDES算法无法进行准确加密,图像加密效果差,因此不nengying用yu数字图像的加密[3?4]。sui着非线性理论的研究不duan进展,xue者们发现hunxi统具有优异的随机性,即只yaochu始条件不同,那么就可能会产sheng不同的hun沌xi统,为保护图像信息提供了一种新的研究工具,成为当前数字图像加密的主要研究方向[5?7]。有学者将Henonhun沌xitong的数字图像加密算法,通过Henon混沌系统对明文图像进行加密,同shi对密文图像进行置乱处理,使得非法用户无法找dao图xiangzhong的原始信息[8]。有学者提出ji于Logistic混沌系统图像加密算法,采用Logistic混沌系统分别对明文图像和密文图像进行置乱处理,打乱像素在原始图像的位置,结果表明,该算法具有良好的加密效果[9]。随着数字图像解密ji术的不断发展,攻击手段呈现多样hua,dan一混沌系统很难保证数字图像的安全,为此有学者提出了基于组合混沌系统图像加密算法[10],xiang对于单一的混沌系统,组合混沌系统在一定chengdushang提高了图像安全的保密性,danshi组合混沌系统仍然存在局限性,如密yue长度不够、易受到攻击,實际应用价值低[11]。

为了获得理想的图像安全性,提出超映射混沌的图像加密算法。结果表明,本文算法能够有效实现图像加密,对图像版权实现保护,并且可以抵抗各种类型的攻击,具有良好的鲁棒性。

1 Logistic混沌系统和超级混沌系统

1.1 Logistic混沌系统

Logistic系统是一种经典的混沌系统,具有简单、效率高等优点,而且也具bei一般混沌系统的特性,在数字图像加密领域得到了广泛deying用。设表示混沌系统的chu始状tai,那么混沌系统的下一个状态具体为:

当时,Logistic映射系统的吸引zijian图1。congtu1可以发现,Logistic混沌系统具有较好的随机性,当=4时,混沌系统得到序列的概率分布函数为:

1.2 超混沌系统

与传统混沌系统相比,超混沌系统可以扩展密钥长度,增强抵抗非法用户的攻击能力,因此,本文选择超混沌系统中的Chen系统对密文图像进行置乱和扩散操作:

通过不断重复上述操作,可以产shengChen的超混沌序lie若和产生的吸引子见图2。从图2可以发现,Chen的超混沌序列的吸引子bian化十分复杂,十分适合于数字图像的加密操作。

2 超混沌系统的图像加密算法

超混沌系统的图像加密算法的步骤如下:

(1) 收jiming文图像,并对明文图像的尺cun进行格shi化。

(2) 收集密文图像,并对密文图像的尺寸进行格shi化。

(3) 对于原shiming文图像,Logistic混沌系统产生混沌序列,通过混沌序列置乱像素位置,shixiang素之间保持相互独立,没youxiang关性,使得非法用户无法识别明文图像中的重要信息。

(4) 将全部像素进行排列,组成序列具体如下:

(8) 当前密文的像素形成一个矩阵时,可以得到明文图像的密文图像。

综上可zhi,加密算法的工作流程如图3所示。

3 图像加密性能的测试

以图4(a)中的密文图像作为实验对象,Matlab 2014作为仿真工具xiang,设置加密后的图像如图4(b)所示。对图4进行分析可以发现,经过本文算法加密后,明文图像与加密图像wan全不相同,根本找不到任何原始明文信息,达到了保护明文图像的效果。

设密钥初始值为当其他条件不发生变化时,解密结果如图5所示,从图5可以清楚地看出,当密钥初始值发生微小改变时,解密图像变化非常大,两幅解密像完全不同,表明本文算法的密yuemin感性相当好。

相邻像素对的相关系数计算公式为:

明文图像加密前和加密后的像素分buru图6所示,从图6可知,采用超混沌系统对明文图像进行加密后,像素之间没有什么相关性,从而使原始图像重要信息得到很好的保护。

4 结 语

为了有效保护图像中的重要信息,提出基于超混沌系统的图像加密算法。首先,引入Logistic混沌序列处理原始明文图像,使图像像素位置混乱,无法找到原始图像中的重要信息;然后采用超级混沌系统对密文图像进行多次迭daicao作,产生密钥序列,并采用密钥序列实现明文图像加密;最后在Matlab 2014平台上对加密算法的有效性进行测试。结果表明,该算法的密钥敏感性相当强,可以保证像素之间的无关性,提高了图像的抗攻击能力,在保护图像中的重要信息方面具有广泛的应用前景。

参考文献

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[9] 刘金梅,丘水生,刘伟平.基于超混沌系统的图像加密算法的安全性分析[J].计算机应用研究,2010,27(3):1042?1044.

[10] 孙鑫,易开祥,sunyou贤.基于混沌系统的图像加密算法[J].計算机辅助设计与图形学学报,2002,16(6):108?111.

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现代电子技术 2017年15期

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