基于密钥流缓冲区和DNA动态编码的图像加密算法

数字图像的安全性传输是研究热点问题．针对现有基于DNA序列的图像加密算法中密钥对明文敏感性不足的问题,提出了一种基于密钥流缓冲区和DNA动态编码的图像加密算法．首先,利用混沌系统产生伪随机序列对明文图像实现全局置乱;然后,通过PWLCM混沌系统初始化密钥流缓冲区,根据明文像素值选择密钥,对置乱图像进行DNA动态编码;最后,对编码后的密文序列再进行一轮扩散操作．仿真结果表明,该算法在置乱度、密钥空间、抵御差分攻击和统计攻击等方面均具有良好的效果．     

图像并行加密算法在手持设备上的应用研究

本文针对一些传统图像串行加密算法安全性能低、加密时间长的缺陷,提出一种新型的图像并行加密算法。首先,将明文图像的初始信息设定为并行量化方案的输入信号,生成量化小数;然后设计基于混沌系统的混沌置乱和扩散矩阵,通过混淆与扩散结构对图像数据进行并行加密;最后通过Metal并行框架在iOS手持设备的GPU上进行了算法的验证与实现。测试结果表明该方案能够有效提高图像加密效率,且具有高度的明文敏感性,适合于图像数据的安全实时通信,也为通过GPU并行处理图像数据提供了新的方案。     

一种图像加密算法的密码分析及其改进

本文通过对Eslamin和Bakhshandeh所提出的一种改进的基于全局置乱的图像加密算法进行密码分析,发现了该算法不能抵御选择明文攻击.通过选择明文攻击,动态加密选择明文图像,可以将明文图像的像素灰度值逐一恢复,最终得到完整的明文图像信息,成功破译了该算法.针对原加密算法的安全缺陷,笔者对该算法进行了改进.一个改进是设计置换过程的密钥流与明文图像内容相关,克服了原加密算法置换过程与明文图像无关的缺陷,从而可以抵御选择明文攻击、已知明文攻击.另一个改进是在扩散过程采用另一个斜帐篷映射生成密钥流,扩大了加密算法的密钥空间,使得加密算法更加安全.本文还对改进的加密算法的安全性进行了详细的实验分析,包括密钥空间分析、密钥敏感性分析、统计分析、信息熵分析、差分攻击分析等.数值实验结果表明,本文提出的改进的图像加密算法比原加密算法更加安全有效.     

基于迭代复数模型的多图像无损同步加密算法研究

当前的多图像加密算法都是将多个明文压缩成一幅图像,再进行加密;但压缩易产生块效应。对此,避开压缩,设计图像复数模型,将多个明文以复数形式叠加成复合图像,提出了基于迭代复数模型的多图像无损加密算法。引入DCT(discrete cosine transform)与ZigZag扫描,将多个明文演变为矩阵;设计迭代图像复数模型,将多个矩阵转变成一个复数矩阵,形成实部与虚部;借助Tent混沌映射扰乱复数矩阵的实部与虚部;通过IDCT(inverse discrete cosine transform)机制,形成复合置乱图像;再结合优化序列,构造加密函数,对复合置乱图像进行扩散。通过提取复数矩阵的实部与虚部,即可得到解密图像,彻底消除了失真现象。仿真结果显示:该加密机制高度安全,密文实部与虚部截然不同;且与当前多图像加密机制相比,算法几乎无失真,解密质量更高,显著消除了块效应。     

一个基于混沌和DNA编码的新型图像加密算法

论文提出一个基于混沌和DNA编码的新型图像加密算法,旨在将图像加密领域中具有巨大发展前景的两种加密技术-混沌系统和DNA编码进行结合,从而提出一个更为安全有效的加密算法.算法采用预处理-比特层面扩散-置乱-DNA编码及多轮扩散的加密结构.在预处理阶段-对明文图像进行位平面分解及合并;第一轮扩散阶段-利用论文提出的改进Logistic映射产生混沌序列对预处理后的图像进行双向扩散;置乱阶段-通过置乱序列充分改变图像像素点位置;第二轮扩散阶段-首先利用超混沌chen系统产生的随机序列对图像进行DNA编码及相关代数运算,再通过多轮双向扩散进一步提高算法安全性.最后进行安全性能分析,结果表明算法可有效抵抗暴力攻击、统计分析攻击、差分攻击等多项攻击,具有很好的安全性和有效性.     

改进的魔方原则耦合混沌密文矩阵的图像加密算法

为了解决当前基于混沌系统加密算法存在的密钥空间小,算法安全性不佳的难题,提出改进的魔方原则耦合混沌密文矩阵的图像加密算法.首先,迭代Logistic映射,生成混沌序列,利用改进的魔方原则,对明文图像进行置乱,扰乱像素位置;随后,利用扰乱像素矩阵,采用XOR算子,构造像素扩散模型,对置乱图像进行加密,改变像素值.仿真结果显示,与当前基于混沌系统的图像加密算法相比,提出的算法具有更大的密钥空间,鲁棒性更强.     

S盒变换规则融合雅克比椭圆混沌映射的图像加密算法研究

由于当前的基于混沌映射的图像加密算法存在瞬态效应,且在像素扩散阶段都没有使用完整的随机密码序列,从而降低了加密系统的安全性,无法抵御各类明文与密文攻击。对此,设计了一个完整的随机密码序列和新的雅克比椭圆映射,并定义了一个S盒变换规则;构造了预混淆-混淆-扩散结构,提出了S盒变换规则耦合雅克比椭圆混沌映射的图像加密算法。首先利用S盒变换规则对初始图像进行预混淆;再根据Logistic混沌映射与代数变换模型所生成的外部密钥迭代雅克比椭圆混沌映射,以消除瞬态效应;改变初始外部密钥,再次迭代雅克比椭圆混沌映射,用序列修正函数对迭代得到的伪随机序列进行修正,产生的新序列在混淆机制下改变预混淆图像像素值;根据密钥流机制和新序列来设计一个完整的随机密码序列,对混淆像素进行扩散。在MATLAB仿真平台上测试结果表明:该算法高度安全,拥有很强的密钥敏感性,密钥空间巨大。     

混淆和扩散相结合的图像混沌加密方法

为了提高算法抵御统计分析和差分攻击的能力,提出一种改进的基于混沌的图像加密算法。首先将原图像做分块处理;然后采用基于位运算的像素混淆算法对图像块进行处理,使每个分块图像内的所有像素充分扩散到其他各个图像块中,有效地削弱了图像相邻像素相关性。最后采用像素扩散操作能有效提高算法抵御已知明文攻击的能力。实验结果表明,该算法不仅密钥敏感性强,而且比均匀置乱和二维混沌加密算法具有更强的抵御差分攻击的能力。     

对结合超混沌序列和移位运算图像密码的攻击

混沌密码系统已展现了若干非传统的优良特性,同时从数学理论上对混沌密码系统开展严密的密码分析对促进其进步具有至关重要的意义。对一种基于超混沌序列和移位运算的图像加密算法进行了密码分析,该算法的核心思想是利用改进的超混沌序列对图像先后实施置乱、扩散和混淆处理。运用选择明文攻击方法,成功破解了该算法中用于像素位置置乱以及像素值扩散和混淆的等效密钥,从而能利用破解的等效密钥解密出目标明文。理论分析和实验结果验证了本文选择明文攻击策略的可行性。简要讨论了提高该密码算法安全性的一些改进措施。     

一种动态猫映射混沌图像加密算法

针对传统猫映射存在周期性以及位置(0,0)处像素始终固定导致的安全隐患,提出了一种基于动态猫映射的图像加密算法.首先把密钥经过md5变换后得到一个十六进制字符串,利用该字符串,获取动态猫映射的分块边界参数,并通过md5的随机性构建扩散阶段需要的S盒.在置乱阶段,将猫映射置乱参数与明文图像结合起来,进行动态猫映射,得到置乱图像.在扩散阶段,每个像素值用S盒进行扩散时,结合相邻像素值,形成雪崩效应.最后进行仿真实验,结果表明提出的加密算法能满足图像加密的安全性需求,不仅改善了传统猫映射存在的缺陷,而且具有更好的加密效果.     

结合二维压缩感知和混沌映射的双图像视觉安全加密算法

为解决图像加密技术在安全性和效率上的均衡问题,提出了一种结合压缩感知和混沌映射的双图像视觉安全加密算法。首先,通过引入非线性反馈项对经典一维Chebyshev混沌映射进行改进,用以构造受控测量矩阵和密码流;然后利用测量矩阵分别对两幅明文图像的整数小波系数进行二维压缩感知,并在密码流的控制下通过Fan变换和双向扩散过程生成秘密图像;最后,采用最低有效位嵌入算法将秘密图像信息嵌入到载体图像的像素值通道和alpha通道中,实现了两幅明文图像的同步压缩和视觉安全加密。实验结果表明：与采用复杂超混沌系统的单图像视觉安全加密算法相比,该算法在保证安全性的前提下,秘密信息嵌入容量扩大了一倍,加密时间开销减少40%以上,解密图像的峰值信噪比提升了1～7 dB。     

结合DNA编码的快速混沌图像加密算法

针对现有图像加密算法的加密、解密速度问题,提出了一种与DNA编码相结合的快速图像加密算法,采用新4维混沌系统产生的混沌序列作为索引序列,指明置乱过程中要交换的具体位置.对置乱后的图像进行DNA编码,采用规则1的DNA加法法则和DNA异或法则完成扩散过程后,再用不同的规则进行DNA解码,从而完成二次加密.实验结果表明:本文提出的方法在保证图像加密系统安全的同时,减少了置乱过程中循环遍历的次数,从而提升了加密和解密的速度.     

基于分数阶logistic映射与随机变换的双图像加密算法

为了实现对两幅图像进行同步安全加密,提高密文在网络传输中的抗攻击能力,提出了基于离散分数阶logistic映射与混沌随机变换的双图像加密算法.将分数阶理论引入到Logistic映射,建立了离散分数阶Logistic映射,设置不同的初始条件,通过对其迭代,输出两个随机序列,对输入明文进行置乱,混淆像素位置;并将其中一个置乱图像进行编码,获取纯相位掩码,联合另外一个置乱图像,输出复合明文信号;随后,再次迭代离散分数阶Logistic映射,将其输出的两个混沌序列转变为矩阵,通过设计相位掩码函数,得到两个混沌掩码;最后,基于混沌分数阶随机变换,构建了加密函数,输出合成密文.实验结果显示:本算法可对多幅图像进行同步加密,具有较高的安全性.     

基于超混沌系统的多图加密算法

针对现存混沌图像加密算法中,存在系统安全性不高、无法抵御明文攻击、加密图像相互独立、效率低等问题,提出了一种基于超混沌系统的多图加密算法。利用超混沌系统产生性能优良的混沌伪随机序列,并将多幅大小相同的图像拼合为一幅图像,之后采取一系列新颖的加密操作完成图像加密过程。此算法引入明文干扰项,采用比特级别的行列置乱、DNA随机编码、DNA的快速置乱与扩散操作,解密时可以自动检索干扰项,不仅使算法摆脱了一次一密(one-time pad,OTP)模式,而且使得混沌随机序列可以安全重复地使用。仿真结果表明,算法可以大幅度减少混沌序列的迭代次数,同时也保证了图像之间的高度关联,能够掩盖明文的比特信息分布,具有较高的明文敏感性,满足图像加密的基本要求。     

基于序列密码的图像加密算法

结合序列密码和混沌映射的优点,提出了一种灰度图像的加密算法.该算法首先将图像矩阵化,然后通过线性移位寄存器生成周期序列,通过序列的性质选出序列中的一段并且根据序列段生成密钥矩阵,因为密钥是通过序列流产生的,所以和明文流与密文流无关,能够有效地抵御选择明文攻击;已知明文攻击等攻击手段.然后通过Hill密码加密原理使用密钥流对图像矩阵进行加密,对加密后的矩阵进行置乱迭代后生成密文图像.经过理论分析和实验验证,该算法具有敏感性高,抗差分攻击能力强,信息熵高等优点.     

基于三维猫映射的彩色图像加密算法

在传统的利用混沌映射时灰度图像进行加密算法的基础上,将三维猫映射应用于彩色 图像加密,提出了一种新的彩色图像加密算法．猫映射系数矩阵由高维混沌系统Lorenz映射 产生,随机性强,对映射后的三个彩色分量进行随机比例变换,比例变换矩阵由一维无限折 叠映射产生,进一步增加了保密强度,能够有效的抗明文、选择性明文以及唯密文攻击,可 以广泛地应用于多媒体数据的保密通信中．     

基于显著性检测与混沌对称折叠的图像选择性加密算法

当前图像选择性加密技术主要依赖明文的边缘信息实现局部像素的混淆与扩散,易泄露重要目标的形状信息,而且整个加密过程中忽略了初始明文特性,使其安全性不理想,为了解决以上的问题,提出了显著性检测耦合混沌对称折叠的图像选择性加密技术。首先,引入Ripplet变换,对输入明文完成多方向、多尺度分解,形成Ripplet系数,通过逆Ripplet变换,得到明文对应的特征图;通过高斯概率密度与信息熵来计算特征图的全局与局部显著图;再组合全局与局部显著图,根据区域生长法,检测明文的视觉显著性区域;随后,借助明文信息迭代Logistic映射,获取一组混沌数组,以定义索引扰乱机制,改变显著区域内的像素位置;最后,联合Logistic映射与对称连续折叠机制,设计了混沌折叠扩散方法,从多个方向利用不同的扩散函数对置乱后的显著性区域完成加密。实验结果显示:与已有的选择性加密方案相比,本文方法呈现出更好的安全性与密钥敏感性。     

基于自适应与全局置乱的图像加密新算法

针对现有的基于比特位层面的图像加密算法中,比特位置乱过程中存在的局限性和局部性问题,提出了一种比特位全局置乱的加密算法,即在置乱过程中,位平面的重组及之后的置乱操作均随机进行,整个置乱过程不只局限在某些位平面之内进行,由此达到全局置乱的效果.该加密算法运用了混沌映射系统,可以同时实现像素的置乱和扩散操作;另外,为了增加对明文的敏感性和有效抵抗攻击,加入了位平面的自适应过程,该过程利用图像不同位平面数据之间的异或运算来进一步修改图像数据.经实验表明:该加密算法对明文和密钥非常敏感,可有效抵抗选择明文攻击,且密文图像像素分布均匀,具有良好的图像加密效果.     

像素交叉移位变换耦合动态和谐搜索优化机制的图像加密算法

提出一种像素交叉移位变换耦合动态和谐搜索优化机制的图像加密算法.首先,引入锯齿填充曲线,对明文进行扫描,形成一维像素序列;基于明文像素位置,定义像素交叉移位变换模型,耦合均布Logistic映射输出的密钥,对明文完成高效置乱.然后,定义新的和谐更新模型,以密文信息熵值与相关性为目标函数,改进动态和谐搜索机制,构建像素扩散函数,彻底改变置乱图像的像素值.最后,引入HASH检测函数,赋予算法认证功能.结果表明:与当前混沌加密技术相比,所提算法具有更高的加密安全性和通用性.     

对“基于改进广义cat映射的彩色卫星图像加密算法”的安全性分析

对一种基于改进广义cat映射的彩色卫星图像加密算法进行安全性分析,并提出相应的选择明文/密文攻击和已知明文攻击方法.该算法改造了一般广义cat映射,通过增加一个非线性项使得一般广义cat映射具有更好的混沌特性;并利用改进广义cat映射进行图像置乱,然后用复合混沌映射对置乱后的图像进行扩散运算,实现图像加密.经过理论分析发现该算法存在两方面不足.一方面是扩散过程过于简单,采用简单的整幅图像的异或运算;另一方面是采用改进广义cat的置乱过程与明文无关.这两方面的不足,使得算法很容易受到破译.理论和仿真实验均表明该算法无法抵抗选择明文/密文攻击和已知明文攻击.