基于混沌与位平面的图像置乱方法

根据混沌序列良好的随机性及灰度图像可分成若干位平面二值图的特点,提出了将混沌二值序列与位平面图像异或运算进行置乱,将置乱后的位平面图重新组合成灰度图,以此达到灰度图像置乱的效果。仿真结果表明,基于混沌与位平面的图像置乱方法可有效地使图像灰度值均匀化。     

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.     

离散Arnold变换改进及其在图像置乱加密中的应用

为了改善传统二维Arnold变换用于图像置乱加密的效果,提出了离散Arnold变换的改进方法,并将其用于图像置乱加密测试研究.该方法利用现有离散标准映射的构造思想,将传统离散二维Arnold变换表达式中第一个变换表达式所对应变换结果非线性融入第二个变换表达式,实现经典离散二维Arnold变换的非线性去拟仿射化修改,以便快速改善图像置乱加密效果.数学证明改进方法不再保持现有离散二维Arnold变换所具有的拟仿射不变性,但是改进变换仍是一种具有周期性的可逆映射,将其用于图像置乱加密时,利用其周期性或逆变换能恢复置乱前原图像.大量实验结果表明,本文所建议的改进方法是有效的,相比现有的离散Arnold变换更具有实用价值意义.     

基于像素置乱技术的多重双随机相位加密法

提出一种基于像素置乱技术的多重双随机相位加密法,对该加密法中像素置乱操作的原理进行了阐述,并且提出在光学上实现像素置乱操作和解置乱操作的途径.在计算机上模拟实现了该加密法,并且得到很好的加密解密结果.仿真结果证实仅用部分加密图像来解密也能够得到原图像,并且得到随着待解密的加密图像像素的增加,解密图像的信号能量、噪声以及信噪比的变化曲线.最后分析比较了该加密法与双随机相位加密法,得到该加密法与双随机相位加密法相比具有更高的保密性,而且解密图像的信噪比也不会因为引入像素置乱操作而降低.     

基于改进Logistic混沌映射的数字图像加密算法研究

混沌序列具有伪随机性、遍历性、对初始条件极其敏感性以及具备白噪声的统计特性等特点;文章利用Logistic混沌映射的改进算法产生的混沌序列所具有的这些特性,对数字图像进行空域像素进行位置置乱,然后对置乱后的图像序列按照一定的方法进行异或处理得到加密图像;实验在图像的竖直、水平、对角线方向,随机选择像素点,利用其灰度值,图像像素个数,计算数学期望,方差,协方差,相关系数;结果表明文章算法扰乱了图像像素间的相关性,使得加密图像能够抵抗明文统计的攻击,且密钥空间大,运算速度快,具有非常好的加密效果。     

基于组合混沌和位运算的图像加密算法

为了有效改进图像加密效果及其安全性,在对基于混沌系统及位运算的图像加密算法进行研究的基础上,提出基于组合混沌和位运算的图像加密算法,算法先对灰度图像进行位平面分解,考虑到图像的高四位含有较大的信息量,对高四位分别进行置乱变换,再与低四位构成一个整体进行置乱变换,然后组合置乱后的位平面,并与二值矩阵进行异或运算得到密文图像。实验结果表明,与像素位置置换算法和二维数据加密算法比较,改进算法具有更好的加密效率,密钥空间接近2192,具有较好的安全性,且能较好地抵御椒盐噪声和高斯噪声攻击,有效恢复出原始图像。     

基于双混沌置乱和扩频调制的彩色图像盲水印算法

提出了一种新的适应彩色图像的盲水印算法,先对宿主图像的绿色分量以8×8像素分块进行离散余弦变换(DCT)变换,用logistic映射生成两个混沌序列,然后用混沌序列置乱加密二值水印图像,并用两个互不相关的伪随机序列扩频调制水印,最后将调制好的水印嵌入到DCT变换域的中频子带系数上,进行分块DCT反变换得到水印化图像.提取水印时,通过比较两个伪随机序列和水印化图像的相关性大小来提取水印,不需要原始图像的参与,为盲提取水印算法.实验结果证明本文算法能有效地抵抗JPEG压缩、加噪、剪切等常见攻击,绿色分量嵌入水印比红色和蓝色分量嵌入水印能更好地抵抗JPEG压缩的攻击.     

模拟置乱语音剩余可懂度的测试研究

对话音模拟保密通信而言,由于置乱技术的局限性和语音信号的多余度,至使置乱后的保密话音,仍具有一定程度的剩余可懂度。本文描述使用平衡数字串估价剩余可懂度的实验研究。结果表明,四位数字串集合是剩余可懂度测试估价的理想信息材之一,而且采用加权校正计分公式RI_(ds)=sum from i=1 to 4(W_i)(IR_i-P_(ri))来计算数字串剩余可懂度是可靠、实用的。     

基于混沌映射的图像快速加密改进算法

针对当前的三维混沌映射加密算法存在安全性不高,加密速度慢以及密钥空间小等不足,提出了一种新的三维混沌映射图像加密算法;首先利用快速置乱方法置乱初始图像,以改变像素位置;利用三维Chen系统结合像素值变换函数所生成初始外部密钥迭代三维混沌映射,得到一个序列,由此根据混淆机制对置乱图像像素值进行混淆;改变外部密钥,再迭代计算三维混沌映射,得到三元一维伪随机数组,借助密钥流机制量化该数组,得到新数组,由此根据扩散机制对混淆后的像素进行扩散处理;采用酷睿3.5 GHz双核CPU的PC机和MATLAB仿真平台,输入256×256的明文图像实验,置乱100次所用时间为78.67 s,在灰度平面内其相关性约为-0.001 652,表明该算法高度安全,密钥空间巨大,加密速度快,用于图像快速加密是可行、有效的。     

基于联合变换相关和相移干涉的图像加密

提出了一种在联合变换相关器结构中引入三步相移干涉和二元置乱技术的图像加密方法.用纯相位空间光调制器同时调制原始图像和两个随机相位掩模,利用三步相移技术分别将图像信息和主密钥加密为全息图,并用CCD在输出面上接收,再利用二元置乱技术置乱图像信息的全息图.在获得置乱密钥和附加密钥的情况下,可以通过一定的算法快速、清晰的重建原始图像.用计算机仿真验证了它的可行性和有效性.     

A New Algorithm for Digital Image Encryption Based on Chaos Theory

In recent decades, image encryption, as one of the significant information security fields, has attracted many researchers and scientists. However, several studies have been performed with different methods, and novel and useful algorithms have been suggested to improve secure image encryption schemes. Nowadays, chaotic methods have been found in diverse fields, such as the design of cryptosystems and image encryption. Chaotic methods-based digital image encryptions are a novel image encryption method. This technique uses random chaos sequences for encrypting images, and it is a highly-secured and fast method for image encryption. Limited accuracy is one of the disadvantages of this technique. This paper researches the chaos sequence and wavelet transform value to find gaps. Thus, a novel technique was proposed for digital image encryption and improved previous algorithms. The technique is run in MATLAB, and a comparison is made in terms of various performance metrics such as the Number of Pixels Change Rate (NPCR), Peak Signal to Noise Ratio (PSNR), Correlation coefficient, and Unified Average Changing Intensity (UACI). The simulation and theoretical analysis indicate the proposed scheme’s effectiveness and show that this technique is a suitable choice for actual image encryption.     

Hyperchaotic Image Encryption Based on Multiple Bit Permutation and Diffusion

Image security is a hot topic in the era of Internet and big data. Hyperchaotic image encryption, which can effectively prevent unauthorized users from accessing image content, has become more and more popular in the community of image security. In general, such approaches conduct encryption on pixel-level, bit-level, DNA-level data or their combinations, lacking diversity of processed data levels and limiting security. This paper proposes a novel hyperchaotic image encryption scheme via multiple bit permutation and diffusion, namely MBPD, to cope with this issue. Specifically, a four-dimensional hyperchaotic system with three positive Lyapunov exponents is firstly proposed. Second, a hyperchaotic sequence is generated from the proposed hyperchaotic system for consequent encryption operations. Third, multiple bit permutation and diffusion (permutation and/or diffusion can be conducted with 1–8 or more bits) determined by the hyperchaotic sequence is designed. Finally, the proposed MBPD is applied to image encryption. We conduct extensive experiments on a couple of public test images to validate the proposed MBPD. The results verify that the MBPD can effectively resist different types of attacks and has better performance than the compared popular encryption methods.     

A universal algorithm to generate pseudo-random numbers based on uniform mapping as homeomorphism

A specific uniform map is constructed as a homeomorphism mapping chaotic time series into [0,1] to obtain sequences of standard uniform distribution. With the uniform map, a chaotic orbit and a sequence orbit obtained are topologically equivalent to each other so the map can preserve the most dynamic properties of chaotic systems such as permutation entropy. Based on the uniform map, a universal algorithm to generate pseudo random numbers is proposed and the pseudo random series is tested to follow the standard 0-1 random distribution both theoretically and experimentally. The algorithm is not complex, which does not impose high requirement on computer hard ware and thus computation speed is fast. The method not only extends the parameter spaces but also avoids the drawback of small function space caused by constraints on chaotic maps used to generate pseudo random numbers. The algorithm can be applied to any chaotic system and can produce pseudo random sequence of high quality, thus can be a good universal pseudo random number generator.     

硬件加密的扩频通信方案

提出了一个利用混沌激光源产生1 Gbit/s的随机序列作为扩频码的方案.理论分析表明,该随机序列克服了伪随机序列的周期性,在扩大扩频码容量的同时实现了扩频码可变,提高了通信安全性. 利用Simulink软件对该扩频系统进行仿真.结果表明,当信息速率一定时,扩频增益越大,误码率越低,与理论结果相符.与传统的扩频系统相比,该方案在提高系统抗干扰能力的同时也增强了保密性. 关键词： 扩频通信 随机序列 混沌激光源     

基于超分辨率重建的图像增强算法研究

 为了提高图像分辨率,从软件的角度出发,对低分辨率图像序列重建高分辨率图像的原理和算法实现开展了研究,提出从多个低分辨率图像序列中获取更高分辨率图像的方法。通过采用基于光流场的金字塔分层结构实现由粗到精的图像配准,获取了亚像素的运动估计。在采用多帧低分辨率图像进行亚像素级配准后,提出采用动态自适应确定正则化参数的方法,构造了简单的正则化代价函数,建立了低分辨率图像与高分辨率图像之间关系的重建模型,仿真实验结果表明该超分辨率重建算法水平和垂直方向上分辨率各增加一倍,与其他算法相比清晰度更高,计算时间不到传统POCS算法的一半。     

保守超混沌在数字图像加密中的应用

基于保守超混沌信号,提出一种数字图像加密算法.该算法利用一个5维保守超混沌系统产生5通道时间序列对原图像分别进行RGB三基色像素级和比特级置乱,再对置乱的RGB三基色作异或操作.在此基础上,利用其中一个通道的时间序列作为密钥分别进行一次正向异或操作的扩散和S盒处理,一次反向异或操作的扩散与S盒处理及置乱,得到加密的图像.最后利用直方图、信息熵、密钥空间等安全性指标对该加密算法进行测试,并与一个五维耗散超混沌系统应用于图像加密的实例进行对比.数值结果表明保守混沌应用到数字图像加密的算法具有更高的安全性和可靠性.     

一种新的可逆二维混沌映射图像加密算法

提出了一种用于图像加密的可逆二维混沌映射,该映射由左映射和右映射两个子映射组成。通过对图像的拉伸和折叠处理,实现了图像的混沌加密。首先沿图像的对角线方向将正方形图分为上下两个部分并重新组合成一个平行四边形的图像;然后利用平行四边形图像的两列像素之间的像素数目差将某列中的像素插入到相邻下一列像素之间。经过这样的过程,原始图像拉伸成为一条直线。最后按照原始图像的大小将这条直线折叠成为一个新的图像。推导出了映射的数学表达式,设计了密钥产生的方法,分析了图像加密算法的安全性问题。仿真验证了该图像加密算法的有效性。     

An Image Encryption Scheme Based on Logistic Quantum Chaos

This paper proposes an image encryption scheme based on logistic quantum chaos. Firstly, we use compressive sensing algorithms to compress plaintext images and quantum logistic and Hadamard matrix to generate the measurement matrix. Secondly, the improved flexible representation of the quantum images (FRQI) encoding method is utilized for encoding the compressed image. The pixel value scrambling operation of the encoded image is realized by rotating the qubit around the axis. Finally, the quantum pixel is encoded into the pixel value in the classical computer, and the bit-level diffusion and scrambling are performed on it. Numerical analysis and simulation results show that our proposed scheme has the large keyspace and strong key sensitivity. The proposed scheme can also resist standard attack methods such as differential attacks and statistical analysis.     

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.