基于快速响应分解与颜色空间转换的光学彩色图像无损加密算法

提出了基于快速响应分解与颜色空间转换的光学彩色图像无损加密算法。将彩色图像从RGB空间转换HSI到颜色空间,提取H、S、I三个成分;根据随机相位掩码,对H、S、I分量进行编码与调制处理;基于Gyrator变换,对相位编码后的H、S、I分量进行频域变换,通过广义卷积操作,形成一个Gyrator频谱;引入相位-幅度截断机制,得到Gyrator频谱的相位与幅度信息,将幅度部分作为密文。为了实现无损解密,利用快速响应分解技术对输出密文进行分割,获取其相应的Q、R成分,借助Gyrator变换对二者进行独立处理,形成编码信息;利用输出的相位信息来生成H、S、I分量对应的解密密钥,通过联合编码信息与解密密钥,获取HIS图像,再将其转换到RGB空间,实现无损解密。实验结果表明:与当前彩色图像加密技术相比,所提算法具有更高的安全性,能够更好地抗击剪切攻击与明文攻击,以及更高的解密质量,很好地保留了初始明文的直方图特性,视觉失真度最低。     

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。     

基于像素动态更新与差异扩散的图像加密算法

提出了基于像素动态更新与差异扩散的图像加密算法。引入Lucas与Fibonacci序列,充分利用二者的更新特点,基于二维映射,设计像素动态更新机制,在每一轮像素混淆过程中,利用不同的随机序列完成像素位置置乱,避免了置乱周期性;依据人眼视觉特性,建立像素重要等级模型,明文像素分类为视觉像素与次级像素;利用明文像素生成映射的初值,通过建立序列量化机制,获取一组密钥流;根据密钥流,设计两个像素扩散函数,对视觉像素与次级像素进行差异扩散,以输出密文。测试数据显示:与当前图像加密机制相比,所提算法具有更高的安全性,输出密文像素分布更加均匀。     

基于双混沌系统的大数据环境并行加密算法设计 

为了克服大数据在采用串行加密方式时具有的加密效率低的问题,设计了一种基于双混沌系统的大数据环境的并行加密算法。首先,在对经典的Map-Reduce分布式并行计算框架进行研究的基础上,设计了大数据环境的并行加密模型。然后,设计了改进的Logistic映射和Tent映射构成双混沌系统,在此基础上,设计了Map函数、Sort函数和Reduce函数实现并行加密,在Map函数中通过Logistic映射和Tent映射的不断迭代计算加密密钥或解密密钥,实现明文到密文或密文到明文的转换,在Sort 函数对由Map函数输出的键值对进行排序并剔除重复的数据块,在Reduce函数中对加密后的密文数据块或解密后的明文数据块进一步合并构成输出数据,并生成Logistic映射和Tent映射的迭代次数初始值并保存在历史数据信息中。仿真实验表明：文中设计的基于双混沌系统的Map-Reduce并行加密模型能高效地进行数据加密或解密,能提高数据安全性和加密效率,具有较强的可行性。     

基于动态密钥选择与多方向扩散的图像加密算法

设计了基于动态密钥选择与多方向扩散的图像加密算法。利用128位外部密钥来生成4个Logistic映射的初值,通过对其迭代,获取4个随机序列;利用明文自身像素特性,定义一个引擎计算函数,联合随机序列,在像素置乱过程中,根据引擎值来动态选择加密密钥,通过构建非线性像素交叉互换方法,不同的密钥来置乱不同的明文像素位置,消除了置乱周期性;设计4方向连续扩散方法,利用4个方向的扩散函数对置乱图像进行加密。测试数据表明:与当前图像加密技术相比,所提技术具备更高的安全性与抗明文攻击能力,能够较好地对图像完成解密。     

基于稀疏相位和可调傅里叶变换的图像加密

针对光学图像加密的轮廓显现问题,提出了一种基于稀疏相位和可调傅里叶变换的图像加密方法。将可调傅里叶变换引入光学图像加密程序中,运用二维可调傅里叶变换实现像素混淆处理,相比基于复数或实数的变换域方案,计算复杂度较低;从加密函数提取相位值并获得加密数据的相位函数,再提取相位加密函数的稀疏数据,从而避免将密文相位信息主要集中在纯相位掩码内,以解决轮廓显现问题;完成了单图像加密实验和双图像加密实验,结果表明实现了较好的安全性,解决了光学图像加密的轮廓显现问题。     

Gyrator变换域下基于超混沌相位掩模的光学水印方法

针对光学变换水印算法中光学实现的轴对准问题和光学密码系统的安全性问题,提出一种基于超混沌映射和Gyrator变换的光学水印方法。利用Chen 4D超混沌系统构造超混沌相位掩模,然后通过菲涅耳波带板和径向希尔伯特掩模构造的涡旋光,对超混沌相位板进行照明,最后借助Gyrator变换将加密后的水印图像植入宿主灰度图像,实现Gyrator变换域下的光学信息隐藏。通过Gyrator逆变换提取目标图像中植入的水印信息。实验结果表明,该算法能够从高不可感知性的目标图像中提取高质量的水印信息,加密的目标图像信噪比高,与宿主图像的相关性强,能够有效地抵御强度系数为0.06和0.8的椒盐噪声和高斯噪声的攻击,对低于50%遮挡率和80压缩因子的攻击具有良好的稳健性。加密后的目标图像与原始宿主图像具有相似的统计分布,较好地实现了信息隐藏。     

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。     

基于深度学习的相位截断傅里叶变换非对称加密系统攻击方法

大多数光学加密系统都是对称加密系统,在光学图像加密中明文和密文之间具有线性关系,其系统的安全性有待加强.而基于相位截断傅里叶变换(phase-truncated Fourier transform, PTFT)的非对称加密系统,其非线性的相位截断操作使加密系统的安全性得到了极大提升.本文提出使用深度学习方法攻击PTFT加密系统,通过PTFT加密系统构造出明密文对图像数据集,然后将其输入残差网络(residual network, Res Net)中进行训练, Res Net自动学习该加密系统的解密特性.最后应用测试集对训练好的模型进行解密性能测试,数据表明该模型能够较好地恢复图像并且该模型具有一定的抗噪声能力.与两步迭代振幅恢复算法相比,本文所提出方法恢复的图像质量更好.     

基于时域小波变换相位提取的三维形貌测量

提出基于时域小波变换的连续振动物体相位提取方法,恢复连续振动物体的瞬时三维形貌。将小波变换用于序列影栅云纹相位分析中,对连续振动物体的序列影栅图像进行处理,利用小波变换的多分辨力特点,对各点的灰度变化进行连续复小波变换,通过提取小波脊所对应的相位,得到各点相对于基准光栅的完整相位调制信息,从而获取运动物体的瞬时三维形貌。利用该方法对连续振动悬臂梁进行了分析,得到连续振动悬臂梁的瞬时速度及瞬时三维形貌,再现了悬臂梁的连续振动过程。为研究动态物体瞬时特性提供了一种新的方法。     

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.     

提高小波变换轮廓术测量精度的方法

小波在空域和频域上均具有良好的局域化性能,适合于非平稳信号分析。在传统的小波变换轮廓术中,对基小波进行尺度伸缩,即调整子小波的中心频率,去匹配局部条纹,以获取对应的相位信息。但仅在局部位置对Morlet小波进行尺度伸缩不能最佳地提取局部相位信息。详细分析了振荡波形随高斯窗宽变化的复Morlet小波在条纹分析中的特点,提出了一种改进的小波处理方法。将所提方法的相位重建结果与基于代价函数的小波方法的相位重建结果进行比较。结果表明:所提方法综合了不同窗宽的复Morlet小波优点,具有更可靠的脊提取结果;所提的优化小波脊提取方法在条纹分析中具有更好的抑噪能力,提高了小波变换轮廓术的测量精度;计算机模拟和实验均验证了所提方法的有效性。     

一种基于遍历性的混沌加密新算法

分析了E.Álvarez密码系统的加密方法及其弱点,在此基础上给出了一种基于遍历性的混沌加密新算法。即以混沌系统的控制参数和初始点为密钥,迭代混沌映射以便产生一个比特链,在该比特链中搜索明文分组,记下迭代次数作为密文分组。新算法避免了E.Álvarez密码方案中的若干弱点,增强了密码系统的安全性。最后通过对Logistic映射的仿真研究,验证了新密码系统满足密码学中的混淆和散布特性,并进而阐明了新密码系统的有效性。     

基于多特征差异检测与联合控制映射的红外图像选择加密算法

为了实现对红外图像的选择性加密,提出了基于多特征差异检测与联合控制映射的红外图像选择算法。引入分段正弦变换,将输出图像分割为3个不同的区域,对每个区域完成不同的拉伸变换,完成初始红外图像的增强,凸显真实红外目标;再利用增强图像中目标与背景的灰度差异,从而设计目标决策因子,并分割Top-Hat变换的结构元素,构建红外背景抑制机制,过滤杂波与噪声;利用灰度水平、对比度与相似度,建立多特征差异检测模型,提取包含真实目标与可疑目标的感兴趣区域;以Logistic映射为控制条件,综合Tent映射与Chebyshev映射,设计联合控制混沌映射,利用其输出的混合随机序列对感兴趣区域进行置乱;引入引力模型,对混淆的感兴趣区域内的像素进行扩散,完成红外目标选择加密。实验结果显示:与已有的图像局部加密机制相比,该文算法输出密文信息熵值达到了7.982 6,能够更好地用于红外图像局部选择性加密。     

一种混合混沌虚拟光学图像加密方法

用共参数的两种混沌系统生成可置换传统双随机相位编码系统中随机相位模板的新模板.将明文图像编码为相位信息,克服原双随机相位编码系统对第一块相位模板不敏感的缺陷;构建可产生均匀非相关随机序列的广义Fibonacci混沌系统,生成均匀分布的相位模板进行图像加密,提高密钥传输效率及系统对密钥的敏感性;对一次加密得到的复值图像,采用提取其振幅及相位的替代操作进行再加密,解决其像素值不能通过按位"异或"进行替代的问题,使密文图像分布更均匀,信息熵达到7.995 8,能有效抵御统计分析攻击.在二次加密中,将产生加密模板的混沌初值与一次加密得到的密文联系,像素数改变率达到0.995 239,更接近理想期望值,增强了系统对明文的敏感性,有效抵御选择明文攻击.仿真实验表明,该方法有效增加了密钥空间和密钥敏感性,提高了加密系统加密效率和安全性.     

基于复小波变换和自适应像素聚类的图像信息隐藏

针对大多数图像信息隐藏技术需要先验信息及训练难度大的问题,提出一种基于复小波变换和自适应像素聚类的图像信息隐藏方法.方法利用新型的无监督种群优化算法对秘密图像进行自适应的像素聚类处理,采用支持向量机选择载体图像双树复小波变换的最优小波子带,将最优小波子带作为信息隐藏的载体以保证信息隐藏的不可感知性.实验结果表明方法具有...     

用多重菲涅耳衍射变换和相位密码板实现图像加密的技术

基于多重菲涅耳衍射变换和相位密码板,设计了一种新的图像加密计算方法.待加密的明文图像在多重离散菲涅耳衍射变换和相位密码板的共同作用下,变换为一个具有随机码特征的密文矩阵;衍射距离和相位密码板是主要的密钥.只有当所有密钥都正确时,才能成功地解密密文.结果表明,该加密算法能抵抗JPEG有损压缩、图像剪切、重度噪音污染和重采样等攻击,因此该法具有较强的鲁棒性;由于很难破解多重密钥,所以该算法具有极高的安全性.     

广义双曲正弦-高斯光束的Gyrator变换性质和暗空心光束产生

基于Gyrator变换,推导了广义双曲正弦-高斯光束场分布的解析表达式,研究了广义双曲正弦-高斯光束在Gyrator变换平面上的光强分布和相位特性.结果表明,在Gyrator变换过程中,具有边缘位错相位特性的双曲正弦-高斯光束能转换为具有涡旋的暗空心光束,并确定产生的暗空心光束的拓扑荷指数为一,而不具有边缘位错相位特性的双曲余弦-高斯光束则不可能出现空心结构.对影响变换场强度和相位分布的束结构参数及系统参数进行了分析讨论.