基于L-L级联混沌与矢量分解的无损压缩光学图像加密

为克服双随机相位编码的光学图像加密中,密钥、密文体积大、抗选择明密文能力弱的问题,提出了一种Logistic-Logistic级联混沌与矢量分解的无损压缩光学图像加密方法 .先隔空取样置乱将明文分成两块,再用干涉合成一块,最后放入双随机相位编码系统得到密文.置乱能够克服干涉后看到明文信息的缺点,增加了加密系统的安全性.干涉使得密文体积变为原来的一半,便于密文传输.单位等模矢量分解的解密方式避免了现有压缩方式存在的解密图像分辨率降低的问题.Logistic-Logistic级联混沌极大缩小了双随机相位编码的密钥体积,同时还解决了Logistic序列分布不均匀问题,提高了序列随机性,保留了Logistic混沌的快速性.将明文的HASH值SHA256与密钥进行强关联,使整个系统达到一图一密的加密效果,提高了明密文间的雪崩效应,增强了算法抗选择明密文攻击的能力.     

基于混沌的改进双随机相位编码图像加密算法

针对菲涅耳域双随机相位编码提出的一种改进图像加密系统。该系统通过预先将原图像编码为相位信息克服了原算法对第一块相位模板和第一次衍射距离不敏感的缺陷。在双随机相位编码模块后基于复值图像振幅及相位替代的再次加密,使得加密图像像素值分布更为均匀。另外,改进算法引入三种不同的混沌系统来生成所需要的随机模板,借助于混沌系统的非线性性、初值敏感性,加密系统在减小密钥体积的同时增大了密钥空间、增加了系统的复杂性。仿真实验对算法进行了有效性分析、统计分析以及密钥敏感性测试,结果表明改进的算法有效提升了原算法的安全性。     

对一类超混沌图像加密算法的密码分析与改进

对一种超混沌图像加密算法及其改进版进行了安全性分析, 结果表明该类算法的置乱过程都是与混淆过程相脱离的, 且混淆过程的加密公式简单; 因此都不能抵抗选择明文和选择密文攻击. 进而提出了一种改进的加强型超混沌图像加密算法; 改进算法包含两轮像素值替代加密操作, 并使得密文与明文、密钥之间的关系更复杂. 安全性分析和实验测试表明, 改进算法不仅克服了原算法不能抵御选择明文和选择密文攻击的缺陷; 而且具有时间开销更小和抗差分攻击性能更好的优势.     

基于离散余弦变换与二维Ushiki混沌的图像加密

提出了一种基于离散余弦变换与混沌随机相位掩模的图像加密方法。起密钥作用的两块混沌随机相位掩模由二维Ushiki混沌系统生成,Ushiki混沌系统的初值和控制参数可以替代随机相位掩模作为加解密过程中的密钥,因此便于密钥管理和传输。通过对密钥敏感性、图像相邻像素间的相关性、抗噪声攻击及抗剪切攻击等分析表明,图像加密方法具有较强的抵抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击能力。     

基于多混沌系统的双图像光学加密算法

为了扩展双图像光学加密算法的密钥空间,克服双随机相位加密系统中随机相位掩模作为密钥难于存储、传输和重构的问题,突破传统图像加密的研究思路,提出了一种基于多混沌系统的双图像加密算法,构造了光学加密系统。系统增加混沌系统参数作为密钥,利用混沌加密密钥空间大和图像置乱隐藏性好的特点,构建基于Logistic混沌映射的图像置乱算法,利用Kent混沌映射生成的伪随机序列构造出一对随机相位掩模,分别放置在分数傅里叶变换光学装置的两端,图像经加密系统变换后得到密文。数值仿真结果表明,算法的密钥敏感性极高,能够有效地对抗统计攻击,具有较高的安全性。     

基于联合菲涅耳变换相关器和矢量分解的光学加密方法研究

为提高光学图像加密系统的安全性,利用双光楔联合菲涅耳变换相关器和矢量分解设计了一种非线性光学图像加密系统。通过矢量分解将原始图像分解为两个相位模板,其中一个相位模板f1(x)放置于双光楔联合菲涅耳变换相关器物窗口实现图像加密;携带另一相位模板f2(x)信息的光束与解密系统输出的携带f1(x)信息的光束相干叠加得到解密图像。数值模拟了加密系统的加、解密过程,对于灰度图像和二值图像,当光楔楔角为1.8°和相位模板f1(x)与密钥k(x)的中心间距为18 mm时,解密图像与原始图像的相关系数分别为0.812 7和0.810 9;分析了密钥模板相位分布错误对解密效果的影响,验证了加密方法的可行性。模拟分析表明,密钥k(x)的位置和光楔楔角作为附加的密钥参量,有效扩展了加密系统密钥空间,并能抵御唯密文攻击、已知明文攻击和选择明文攻击。     

基于相位恢复算法的单强度记录光学加密系统

在传统的双随机相位光学加密系统的基础上,提出一种新的单强度记录光学加密技术。在加密时,将原始图像置于4-f系统的输入平面上进行双随机相位光学加密,利用CCD等感光器件记录输出平面上的光强分布作为密文,该光学加密过程只需一次曝光,在解密时,利用相位恢复算法进行迭代计算就可以由密文恢复原始图像。由于解密过程采用数字方式,因此可以在解密过程中引入各种数字图像处理技术来抑制散斑噪声,进一步改善解密图像质量。通过一系列仿真实验,证明该光学加密系统可以实现对二值图像和灰度图像的光学加密,并且能够很好地抵御已知明文攻击、选择明文攻击等方法的攻击。理论分析和计算机仿真表明,该光学加密技术系统结构简单,实现方便,并且不易受到各种攻击,安全性较高。     

一种基于时滞混沌的加密算法

基于半导体激光时滞混沌映射,提出一种新的加密算法.用Ikeda方程产生的二进制序列掩盖明文,对明文块做依赖于密钥的置换,并用传统的混沌加密方法加密.在每一轮加密过程中,都会用一个与混沌映射、明文和密文相关的随机数对时滞项做微扰,以提高算法的安全性;状态转移函数不仅与密钥相关,而且与本轮输入的明文符号以及上一轮输出的密文符号相关,有效地防止了选择明文/密文攻击.仿真实验表明,该算法可行、有效.     

基于图像重组和比特置乱的多图像加密

针对现有多图像加密算法只能同时加密多张同类型同大小的图像,适用范围不广、实用性差等问题,提出一种基于图像重组和比特置乱的多图像加密算法.该算法通过将任意数量、不同大小和不同类型的图像重新组合成新多灰度图,一次完成同时加密,极大提高了加密效率和适用范围.首先,依次提取所有待加密图像像素值重新组合出N张m×n新灰度图,并将其转化成m×n×8N二进制矩阵.然后,采用3D比特置乱方式,对高位页进行行列比特置乱,低位页进行整页比特置乱.最后,进行异或扩散操作,得到密文图像.高低位分开置乱提高了算法的抗噪声能力,最终密文信息熵达到7.999以上,很好地掩盖了明文的统计特性.构造一种新型Logistic与广义三阶Fibonacci级联的混沌系统产生随机序列,增加了初值和控制参数范围,扩大了密钥空间,使其达到8×10^84以上,极大地提高了抗穷举攻击能力.既提高了序列随机性,又同时保留了低维混沌系统的快速性.结合明文哈希值(SHA-256)产生密钥,明文像素值发生微小改变后密文像素值变化率达到0.996以上,极大地提高了的明文敏感性和算法抗选择明文攻击的能力.实验分析表明,提出的多图像加密算法安全性高、实用性强.     

结合计算全息与混沌的彩色图像加密方法

针对现有彩色图像光学加密方法存在解密结果失真的问题,提出一种结合混沌运算与菲涅耳衍射全息的彩色图像单通道加密新方法.首次加密操作利用菲涅耳衍射将彩色图像RGB通道分量转换成一幅实值计算全息图;第二次加密操作是利用改造的Logistic混沌系统对计算全息图像素进行置换与扩散.结果 表明,本文方法除传统混沌系统密钥以外,菲涅耳衍射距离、参考光波长和入射角方向余弦作为关键密钥均可以增大密钥空间(约为10249),而且具有较小的密钥体积;解密图像的保真度高且相邻像素相关性、信息熵、像素数改变率和归一化改变强度等评价指标均接近理想值;密文图像的直方图平坦,灰度分布均匀,完全隐藏了原始彩色图像的灰度和色彩信息.     

基于矢量运算和副像相位掩模的遥感图像加密技术

针对遥感图像及彩色图像传输过程中的信息安全问题,提出了一种利用矢量运算和副像相位掩模对彩色遥感图像加密的方法.在加密过程中,利用光学相干叠加原理将原始图像矢量分解,并叠加到R、G、B三个通道上的两个相位板当中;然后,使用副像相位掩模在菲涅尔域中双随机相位编码对其中一个相位板加密;最后,利用两个随机矩阵的Kronecker积对编码图像进行进一步随机化处理,实现彩色遥感图像的多级加密.实验结果表明:该算法的密钥敏感度高,在强度系数小于0.04的高斯噪声攻击和统计分析攻击下具有良好的稳健性;密文能够抵御选择明文攻击,相比于传统的双随机相位编码算法具有更强的安全性.解密遥感图像的峰值信噪比和相关系数可达31.92dB和0.9888.该加密方法为大量相同尺寸遥感图像的加密提供了新的思路.     

一种超混沌图像加密算法的安全性分析及其改进

根据Kerckhoff准则, 从选择明文攻击和选择密文攻击出发, 对一种超混沌图像加密算法进行分析,结果表明该算法密钥流与明文无关,并且一个明文字节只能影响一个密文字节,导致利用选择明文攻击和选择密文攻击能够以很小的计算代价破译密文.基于此,本文提出一种改进的超混沌图像加密算法,并进行了统计分析、差分分析、相关性分析及密钥敏感性测试.理论分析及仿真结果表明,改进算法不仅可以抵御选择明文攻击和选择密文攻击,而且具有较好的统计特性及差分特性等密码学特性. 关键词： 超混沌 选择明文攻击 选择密文攻击 Matlab分析     

级联双相位密码系统中基于位置复用的双图像加密

级联双相位密码（CDPE）系统是一种包含两个纯相位板（密文板和密钥板）的重要光学密码系统,为了提升该系统的加密效率,提出一种双图像加密方法。加密时,将密钥板的轴向距离作为控制参数,提出一种新的迭代加密算法,该算法可将两幅明文图像加密至同一个密文板中,将传统的CDPE系统的加密效率提升了1倍。解密时,当密钥板分别处于两个设定的轴向位置时,可以在输出平面得到两幅不同的明文图像。采用数值仿真和实验验证了所提方法的有效性,并研究了密钥板两个位置之间的距离对解密结果的影响。对所提方法安全性的分析表明,所提方法对于暴力破解和选择明文攻击均具有稳健性。此外,所提方法可方便地推广至多图像加密,因此CDPE系统的加密效率可以得到进一步提升。     

离散分数阶随机变换与加权直方图交叉置乱的双图像加密算法

为了实现对两幅图像进行同步加密,降低传输负载并提高密文的抗明文攻击能力,提出了离散分数阶随机变换与加权像素混沌置乱的双图像加密算法。将2个分阶参数引入到Tent映射中,设计了新的Tent映射;根据明文像素值,构建加权像素直方图模型,联合位外部密钥,生成改进的Tent映射的初值;再利用初值对分数阶Tent映射进行迭代,输出2组随机序列,对2幅明文进行位置交叉混淆,获取2个置乱密文;基于DWT(discrete wavelet transform)技术,对2个置乱密文进行稀疏表示;根据混沌序列,定义随机循环矩阵,联合稀疏表示,获取2个置乱密文对应的测量矩阵。根据随机掩码与调制相位掩码,建立数据融合模型,将2个测量矩阵组合为复合矩阵;基于离散分数阶随机变换,对复合图像进行扩散,获取密文。测试数据显示:与已有的多图像加密方案相比,该算法的抗明文攻击能力与用户响应值更理想,密文的NPCR、UACI值分别达到了99.83%、34.57%。该算法具有较高的加密安全性,能够有效抵御网络中的外来攻击,确保图像安全传输。     

一种基于迭代振幅-相位恢复算法和非线性双随机相位编码的图像加密方法

提出了一种基于迭代振幅-相位恢复算法和非线性双随机相位编码的图像加密方法。该方法利用两个公开密钥和一幅"假图像"在非线性双随机相位加密系统中生成密文,接着利用迭代非线性双随机相位编码生成两个私有密钥。待加密图像和密文作为迭代加密方法中的两个限定值。解密过程则可以在经典的基于4f系统的线性的光学双随机相位编码系统中完成。该加密方法具有迭代收敛速度快、安全性高的优点。迭代该图像加密方法能够抵御最近提出的基于改进的振幅-相位恢复算法的攻击。理论分析和仿真实验都证明了此方法的有效性和可靠性。     

基于新的五维多环多翼超混沌系统的图像加密算法

本文提出了一种基于新的五维多环多翼超混沌系统的数字图像加密方法.首先,将明文图像矩阵和五条混沌序列分别通过QR分解法分解成一个正交矩阵和一个上三角矩阵,将混沌系统产生的五条混沌序列分别通过LU分解法分解成一个上三角矩阵和一个下三角矩阵,分别将两个上三角矩阵和一个下三角矩阵相加,得到五个离散后的混沌序列;其次,将明文图像矩阵分解出来的正交矩阵与五个混沌序列分解出来的五个正交矩阵相乘,同时把明文图像矩阵分解出来的上三角矩阵中的元素通过混沌序列进行位置乱,再将操作后的两个矩阵相乘;最后,将相乘后的矩阵通过混沌序列进行比特位位置乱,再用混沌序列与其进行按位“异或”运算,得到最终加密图像.理论分析和仿真实验结果表明该算法的密钥空间远大于10^200,密钥敏感性强,能够有效地抵御统计分析和灰度值分析的攻击,对数字图像的加密具有很好的加密效果.     

基于深度学习的混沌加密灰度图像重建方法

混沌加密由于其初始值敏感性、伪随机性和运动轨迹的不可预测性而被广泛应用于图像加密领域。提出了一种通过深度学习来攻击Lorenz混沌加密系统的灰度图像重建方法,通过残差网络实现了对一系列明文-密文对数据集进行训练,从而拟合出密文到明文的过程,然后将训练好的网络应用在独立于训练集的密文上,恢复出与明文非常接近的图像。数值仿真结果验证了这种灰度图像重建方法的有效性。     

双随机相位加密系统的选择明文攻击

在光学信息安全领域,双随机相位加密方法最引人注目并得到广泛研究,但由于双随机相位加密系统是基于傅里叶变换的系统,其本质上是一种线性变换系统,明文、密文之间的函数依赖关系比较简单,这就为其安全性留下了很大的隐患。双随机相位加密方法可以用光学和数字的方式实现,提出了一种选择明文攻击的方法,利用多个冲击函数作为选择的明文,成功破解了基于数字方法实现的双随机相位加密系统,并给出了恢复密钥的解析式,此方法最大的优点在于解密图像的无损性,并从理论上加以证明,给出了实验结果。     

双随机相位编码光学加密系统的唯密文攻击

针对双随机相位编码光学加密系统的安全性分析表明，该系统属于线性对称分组密码系统，其线性性质为安全性留下极大隐患.在唯密文攻击下，仅根据密文估计出物面波函数的“支撑”(support)，然后利用迭代相位恢复算法获得物面波函数(其振幅是明文信息)，再根据物面波函数与频域密文的关系可推导出频谱平面的解密密钥.由于估计出来的物面波函数的“支撑”相对于真实的物面波函数的“支撑”有一定的平移，使得恢复的物面波函数与真实的物面波函数之间无论在振幅上还是相位上都存在平移，导致用推导出来的解密密钥去解密其他密文时所获得的明文与原始明文之间存在明显平移.然而，可依照这一先验信息，将估计出来的物面波函数的“支撑”在物面内遍历，从而找到逼近真实解密密钥的解.利用此解密密钥去解密其他密文时获得更好的解密效果. 关键词： 光学信息安全 双随机相位编码 唯密文攻击 函数支撑     

基于物理混沌的混合图像加密系统研究

初步实现了基于物理混沌的混沌和数据加密标准算法级联的混合图像加密系统,基于该系统研究了级联加密与单级加密的抗统计分析能力,以及不可预测性强弱不同的混沌信号在该系统中应用时密文特性的不同.这种利用物理混沌不可预测性的混合加密系统,不存在确定的明文密文映射关系,而且密文统计特性也应优于(或大致相当)其他加密系统.数值结果支持这一结论,同时表明不可预测性较强的混沌系统其加密产生的密文相关性较弱.