数字图像加密算法
彩色数字图像的混沌加密算法
对图１ 所示 的 彩色 图像 （ ２ ５ ０ ￣ １ ８ ８ ） 的三基 色 的 系数 矩
单， 因此很多图像加密算法都是基于ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ 映射的。
阵 进 行 置乱 ， 假设（ 、 （ ） 分 别 为 置乱 前 和 置乱 后
，
３
，
３
、
、
缸 ４
，
４
、
缸５ ， 。 ） 、
５
： ） 由式（ １ ） 分别产生６ 个ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ 混沌序列， 另用初 图像加密算法 ， 并通过仿真分析表明 ， 该算法具有 良 始值 。 ） 由式 （ １ ） 产生一个ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ 混沌序列 。 好 的加密 性 能 。 （ ２ ） ６ 个混沌序列 中，每两个混沌序列组成一组分别
新 技 ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
彩色数字图像的混沌加密算法
杜 翠霞 张定会 （ １ ． 上海理 工大学光 电信 息与计 算机工程学院 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３
２ ． 上海现代光学 系统 重点实验室 上海 ２ ０ ０ ０ ９ ３）
摘
要： 提 出了一种基 于混沌系统的彩色图像加密算法 ， 利用ｌ ｏ 舀 ｓ ｔ ｉ ｃ 混沌映射生成混沌序列 ， 分别对彩色
Ｘ ｎ ＋ ｌ ＝ ｇ ｘ （ １ — ） ， ｎ Ｎ ∈ ， ｘ ∈（， ０ １ ）
ｏ
（ １ ）
３ ． ９ ８ ３ ５ ８ ２ ６ ３ ５ ５ ３ ４ ７ ４ ５ ， 、 、 ： 、 ： 、 ： 、 分别为
０ ． １ ９ ８ ７ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ７ ４ ２ ４ ５ 、 ０ ． ３ ７ ８ ６ ５ １ ０ ９ ２ ３ ７ ５ ４ ３ ２ 、 ０ ． ５ ５ ９ ０ ３ ４ ｌ ８ ５ ４ ２ ３ ８ ５ ４、 ０ ． ７ ３ ８ ０ ０ １ ２ ４ ９ ６ ３ ７ ２ ９ ６、 Ｏ ． ９ １ ７ ４ ６ ３ ６ ７ ４ ９ ０ ０ ７ ２ ４、 ０ ． ８ ３ ６ ７ ８ ５ ０ １ ２ ７ ４ ３ ８ ７ ５ 。
数字图像加密算法的研究与实现
数字图像加密算法的研究与实现摘要数字图像加密是进行数字图像信息保密的一种手段。
随着信息技术的飞速发展，数字图像在各个领域中有着极为广泛的运用，那么数字图像中所包含的信息安全性应受到重视。
数字图像本身具有数据量较大的特点，用传统的的加密方法往往无法达到加密的要求，许多学者对数字图像的信息安全性进行了多次研究并提出了许多强而有效的算法。
本文研究并实现了一种基于混沌序列置乱的数字图像加密算法，通过密钥产生混沌序列，将该混沌序列进行逻辑排序，并以此排列方法对数字图像进行加密。
该算法隐私性较强，在数字图像的加密和解密过程中均需要密钥的参与，因此不知道密钥的用户无法恢复数字图像，具有良好的保密性。
关键词：数字图像混沌加密数据隐藏AbstractDigital image encryption algorithm is a method about keeping the information of digital image secret.With the quick development of informational technology,the digital image has been utilized in many areas,so the security of message that digital images carry should be paid attention.Particularly ,digital images have the characteristic of a large amount of data,it can not meet demands about encryption that encrypting data in traditional way,which leads to a lot of scholars have spent much time and energy on researching the security about digital image information and illustrated many effective algorithm.This article discuss and illustrate a kind of digital image encryption algorithm based on chaotic array disruption,producing chaotic array according to the key,then logically arranging existed chaotic array,finally encrypt digital image with same logic.It shows better privacy.This process requires keys participating in both encryption and deciphering,so anyone does not know the key who can not rebuild the original image.Key words:digital image chaotic encryption hiding data目录摘要 (I)Abstract (II)绪论 (1)1数字图像加密的基础理论 (4)1.1密码学的介绍 (4)1.2 图像加密技术 (4)1.3数字图像的置乱 (5)1.4混沌加密简介 (5)1.5混沌加密安全性分析 (6)2开发工具简介 (8)3基于混沌的数字图像加密算法 (11)3.1数字图像混沌加密算法总体设计 (11)3.2 数字图像混沌加密算法 (11)3.3数字图像混沌解密算法 (13)4实验仿真与结果 (14)4.1编程实现相关函数及其方法 (14)4.2仿真结果 (14)4.2.1非彩色图像实验仿真 (14)4.2.2彩色图像实验仿真 (16)结论 (18)附录1混沌加密与混沌解密算法代码 (19)绪论计算机和网络的飞速发展为多媒体数字产品的使用、传播提供了极其便利的途径，然而由于数字产品具有极易被复制和修改的特性，使得数字作品的信息安全问题和版权保护成为迫切需要解决的难题。
一种基于Arnold变换的数字图像加解密算法
基金项 目： 安徽 工 程 大学 青 年 科研 基 金 资 助 项 目（ ２ ０ ０ ９ ＹＱ ０ ３ ９ ） ； 皖南 医学 院校 中青 年 科 研 基 金 资 助 项 目（ ＷＫ Ｓ ２ ０ １ ２ ０ １ ） 作者简介 ： 张 义（ １ ９ ８ ２ 一 ） ， 男， 安徽阜南人 ， 讲师， 硕士．
的预处 理＿ ３ ］ ．
加密 图像可 以是 灰度 图像 也可 以是 彩色 图像 ， 如果是 灰 度 图像 则需要 将 各 点 的灰 度值 带 到新 的坐标
点， 如果是 彩 色图像 则需要 将 各点 的 ＲＧ Ｂ值带 到新 的坐 标点． 本文所 加密 的 图像 为彩 色 图像 ， 因此 首先 保
文献标识码 ： Ａ
中图分类号 ： ＴＰ３ ０ ９ ． ７
网络 已经成 为我 们传递 信 息 的主 要平 台 ， 为我们提 供 诸多 便捷 的 同时 ， 也 存 在一 些 安全 问题 ， 特别 是
一
些 重要 信息 的传 递． 如果 在 信息传 递前 先对 其进行 加 密 ， 能够在 一 定程 度 上保 护所 传 递 的信 息 ． 数 字 图
存原 图点 （ ， ） 处的 Ｒ ＧＢ值 ， 然 后使 用 Ａｒ ｎ ｏ ｌ ｄ变换 改变点 （ ， ）位置 到 （ ｚ ， ） ， 同时将原 图点 （ ｚ， ）处 的Ｒ Ｇ Ｂ 值带 到 （ ｚ ， Ｙ ） 处． 我 们采 用 ２ ５ ６ ＊２ ５ ６的彩 色 图像 作 为 原 始 图像 如 图 １ ａ所 示 ， 在 Ｖｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ —
摘要 ： 数字图像是重要的信息载体 ， 数 字 图像 加 密 是 保 护 信 息 安 全 的重 要 方 式 ． 将 Ａｒ ｎ ｏ ｌ ｄ变 换 应 用 到数 字 图 像 加密中 ， 能有效地对图像进行置乱 ， 使得未授权者无法获得有 效信息． 为 提 升 加 密 的可 靠 性 ， 通 过 将 位 置 置 乱和 Ｒ Ｇ Ｂ颜 色 分 量 置 乱 相 结 合 的方 法 对 图像 进 行 加 密 ， 经实验验证 ， 算 法 加 密效 果 良好 ． 关 键 词： 信息安全 ； Ａ ｒ ｎ ｏ ｌ ｄ变 换 ； 图像 置乱
基于MD5算法和Logistic映射的图像加密方法研究
置乱两个过程组成 ，首先由 Ｌ ｇｓｃ ｏｉ ｉ映射生成混沌序列，并通 ｔ
过 ＭＤ 算 法生 成 图像 位置 置乱 表，以此 对原始 图像 进行 位 ５ 置置乱 ；然后 由 Ｌ ｇｓｃ映射生成混沌矩 阵，并转化为灰度置 ｏｉ ｉ ｔ 乱矩 阵，以此对位置 置乱后的图像进行灰度置 乱，完成加密。 图像加密的基本流程如 图 １ 所示。
＝ ８１ ３． ７２２ ２５０３ ７６６ ７３１，
＝
原 图 —— ［ 始像 亘
▲
１望竺 — — — 广— — — — １ — 竺 ） 一
▲
加 像 密图
［ 互垂 蔓］
Ｍ】算法 ｔ ｌ ５
厂
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亘 ］
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１ 图像 的 加 密 流 程 ． ２
如 上 所 述 ，本 文 提 出的 图 像 加 密 方 法 由位 置 置 乱 和 灰 度
Hale Waihona Puke 图像 加密 实验，密 钥设 置为 ：用于位 置置 乱 的 Ｌ ｇｓｉ ｏ ｉｔ ｃ
映 射 ： ＝ ．５ １９ ８ １７ ７４ ＝ ．８ ２ ６ ８７ １７ 用 ０９ ０ ２ ２ ５４ １５ ， ３ ２ ６ ５ ５ ６０ ３； ７
初值 对原 图像进 行加密。加密 效果 如图 ２ 示，其中图 ２ａ 所 （） 为原始 图像 ，图 ２ｂ 为加密后图像 ，可以看到本文 提 出的图 （） 像加密方法可以有效地实现对图像 的加 密。 图像 解密实验 ，以上述 图像 加密实验 中采用 的密钥作为 图像解密的密钥对加 密图像进行解 密，解密后的图像如 图 ２ｄ （ １ 所示 ，由此可见，通过正确的密钥可以将加密 图像成功解密。 将 图 像 解 密 的 密 钥 设 为 ｘ＝ ． ２ ９ ８３ ２ ３４ ， ００ ６ ０ ６ ３ ０ ７ ９ ７ ７
图像加密方案
图像加密方案
1. 引言
图像加密是指将图像进行加密处理，使得未经授权的用户无法理解该图像的内容。
图像加密在信息安全中起着重要的作用，可以保护图像中的敏感信息，防止未经授权的传播和使用。
本文将介绍一种基于对称加密算法的图像加密方案，并详细讨论其实现细节。
2. 图像加密方案概述
本图像加密方案基于对称加密算法，使用相同的密钥对图像进行加密和解密。
主要包括以下步骤：
2.1 密钥生成
在图像加密方案中，首先需要生成一个密钥用于加密和解密操作。
可以使用随
机数生成算法生成一个指定长度的密钥。
2.2 图像加密
在图像加密过程中，首先将原始图像转换为二进制数据。
然后使用对称加密算
法对二进制数据进行加密。
加密后的二进制数据将被转换回图像格式，并保存为加密图像。
2.3 图像解密
图像解密的过程与图像加密相反。
首先将加密图像转换为二进制数据。
然后使
用相同的密钥，对二进制数据进行解密。
解密后的二进制数据将被转换回图像格式，并保存为解密后的图像。
3. 对称加密算法选择
在图像加密方案中，选择适合的对称加密算法是十分重要的。
常见的对称加密
算法包括DES、AES等。
需要根据图像的大小和加密速度要求来选择算法。
4. 图像加密方案实现步骤
4.1 读取原始图像
首先，使用相应的图像处理库，读取原始图像并将其保存为二进制数据。
```python import cv2
读取原始图像image = cv2.imread(。
祖冲之算法在数字图像加密中的应用与实现
以中国古代著名数学家祖冲之的拼音 （ ZU Chong-
3期
任高峰， 等： 祖冲之算法在数字图像加密中的应用与实现
767
zhi） 首字母命名， 中文称作祖冲之算法。 ZUC 算法 是 3GPP 机密性算法 EEA3 和完整性算法 EIA3 的 作用在于产生用于加解密的密钥。 发送端加 核心， 密过程为， 将 ZUC 算法产生的密钥和输入的明文按 位异或； 接收端的解密过程为， 输入的密文与上述 加密过程相同的密钥按位异或， 即可实现解密。 如图 1 所 示， 为 ZUC 算 法 加 解 密 过 程 示 意 图
［12 ］
ZUC 算法下层为非线性函数 F 。在非线性函数 F 的设计上， ZUC 算法借鉴了分组密码的设计技巧， 采用 S 盒和高扩散特性的线性变换 L。 非线性函数 F 具有高的抵抗区分分析、 快速相关攻击和猜测确 定攻击等方法的能力。 此外， 非线性函数 F 的 S 盒 采用结构化设计方法， 在保证好的密码学性质的同 时降低了软硬件实现代价， 具有硬件实现面积小、 功耗低等特点。
第 13 卷 第 3 期 2013 年 1 月 1671 — 1815 （ 2013 ） 03-0766-05
科
学
技
术
与
工
程
Science Technology and Engineering
Vol. 13 No. 3 Jan． 2013 2013 Sci. Tech. Engrg.
祖冲之算法在数字图像加密中的应用与实现
［ 2009ZX01034002004007 （ 002） ］资助 第一作者简介： 任高峰（ 1986 —） ， 男， 博士。 研究方向： 无线通信系 统， 电 力 线 通 信 系 统， 低 功 耗 集 成 电 路 设 计。 Email： rengaofeng @ ime. ac. cn。
一种基于压缩感知的数字图像加密新算法
目前 ， 数字 图像 加 密算 法 按 加 密 思 路 主 要
分为 以下 几类 ［ ５ ］ ： 基 于空 间域 的像 素置乱 、 基 于
便 捷 等 好处 的 同时 ， 不 得 不考 虑 信 息安 全 这 一 重要 问题． 数 字 图像 是 目前 最 流 行 的 多媒 体 形 式之一， 在 军事 、 政治、 商业、 医疗 等领域 均有 广
邹 建 成 陈婷 婷 张 波 崔 海港
（ 北 方 工业 大 学 图像 处 理 与 模 式 识 别 研 究 所 ， １ ０ ０ １ ４ ４ ， 北京）
摘 要 提 出一 种 基 于压 缩感 知 的 数 字 图 像 加 密 算 法 ． 该 算 法利 用 随 机 高 斯 矩 阵 和 稀 疏 变 换 对 数 字 图像 进 行 压 缩 感 知 ， 将数 据压缩 和加密 的过程 同时进 行 ， 并 利用 Ｓ ｉ ｇ ｍｏ ｉ ｄ函 数 将 加 密 数 据 的范 围缩 小 到 Ｏ ～２ ５ ５之 间 ， 存 储 成 ８位 二 进 制 数 据 ， 从 而进一 步减少传 输数据 量 ， 避 免 加 密数据膨胀． 其中 ， Ｓ ｉ ｇ ｍｏ ｉ ｄ函数 的参 数 与 加 密 图 像 数 据 特 点 密 切 相 关 ， 根 据 不 同 加 密 图 像 自适
法 有 待提 高 ， 大多 数 加 密算 法 的 密文 数 据量 会
大 于 等 于 明文 ， 而 有 些将 加 密 过 程 与编 码 过程 相 融合 的算 法如 文献 ［ ６ ］ ， 虽然 达到 了压缩 数 据
的 目的 ， 但 为 了不 影 响压缩 编码 ， 采 用 的加密操
作 过 于简单 ， 算 法 不 安 全． 针 对 以 上 不足 ， 本 文 将 压 缩感 知运 用 到数 字 图像 加密 中 ， 希 望 得 到
LSB算法的基本原理
LSB算法的基本原理LSB算法的基本原理是利用数字信号的最低有效位来隐藏秘密信息。
在数字图像或音频中，每个像素或采样点包含了多个比特（二进制位）的信息。
根据人眼或耳朵的感知特性，最低有效位对于人类来说是最不敏感的位，因此如果在这些位上进行微小的改变，很难被察觉到。
具体来说，对于一个8位灰度图像或音频采样点，最低有效位是最右边的位。
这个位可以存储0或1，如果被设置为1，表示原始图像或音频值加上1，如果被设置为0，则表示原始值保持不变。
通过在多个像素或采样点中嵌入秘密信息的不同比特，可以隐藏更多的信息。
LSB算法的嵌入过程相对简单。
首先，需要将秘密信息转换为二进制表示形式。
然后，将秘密信息的比特按顺序嵌入到像素或采样点的最低有效位中。
为避免引起明显的可见改变，通常只将每个像素或采样点的一个或几个最低有效位用于嵌入秘密信息。
嵌入完成后，接收方可以使用相同的LSB算法来提取隐藏的秘密信息。
提取过程与嵌入过程相反，通过获取图像或音频中的每个像素或采样点的最低有效位，就可以恢复出隐藏的秘密信息。
LSB算法的优点是简单易实现，并且隐秘性较好，不容易被察觉到。
但是它也有一些限制和缺点。
首先，由于只使用了最低有效位，能够隐藏的秘密信息容量有限。
其次，嵌入的秘密信息容易受到噪声的影响，可能导致提取时出现错误。
此外，LSB算法对于图像或音频的压缩和加密等操作可能会造成信息丢失或变化，从而影响到隐藏信息的可提取性。
为了提高隐藏信息的容量和抗干扰能力，研究人员提出了许多改进和扩展LSB算法的方法。
例如，可以将信息嵌入到多个位中，或者使用更复杂的算法进行信息嵌入和提取。
此外，还可以结合其他隐写术和加密技术来增强隐藏信息的安全性和鲁棒性。
总之，LSB算法是一种简单而有效的隐藏信息技术，可以在数字图像或音频中潜入秘密信息而不引起明显的可见改变。
通过利用最低有效位进行信息嵌入和提取，LSB算法在信息隐蔽性和易用性之间取得了一定的平衡。
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大部分网络安全保护措施是通过传统的 加密技术实现的，它将图像、声音、文 字等多媒体数据文件通过加密处理形成 加密文件，一般人无法识别，只有知道 密码的一方才能看到或听到加密的有意 义的信息。
数字图像加密算法
数字图像加密源于早起的经典加密理论，其目 的是将一幅给定的图像按一定得变换规则在空 间域或频域将其变换为一幅杂乱无章的图像， 从而影响其图像本身的真实信息。 缺点：数字图像由于其数据量大和相关性的特 点，使用传统的加密算法对数字图像进行加密 很难满足在应用中的实时性要求。
所用的载体可以是文字、图像、声音及 视频等，为增加破解难度，也可以把加 密与隐藏技术结合起来，即先对信息加 密得到秘闻，再把秘闻隐藏在载体中。 它较之单纯的密码加密方法更多了一层 保护，将需要保护的信息由”看不懂” 变成”看不见”。
信息隐藏可分为隐秘技术和水印技术。 隐秘技术主要用于保密通信，它所要保 护的是隐藏信息；水印技术主要用于版 权保护以达到鉴别真伪的目的，它最终 所要保护的是载体，例如可将数字、序 列号、文字、图像标志等版权信息嵌入 到多媒体数据中，以起到版权保护的作 用，以及证件、票据的防伪等。
典型Arondl变换算法
Aronld变换可以看做是裁剪和拼接的过 程。 通过这一过程将离散化的数字图像矩阵S 中的点重新排列。由于离散数字图像是 有限点集，这种反复变换的结果，在开 始阶段S中像素点的位置变化会出现相当 程度混乱 。
由于动力系统固有的特性，在迭代进行 到一定步数时会恢复到原来的位置，即 变换具有庞加莱回复性 。 动力系统的演化规则是一组函数的固定 规则，它描述未来状态如何依赖于当前 状态的。这种规则是确定性的，即对于 给定的时间间隔内，从从现在的状态只 能演化出一个未来的状态。
举例说明
N C 设N= 2, 数字图像矩阵为:P= U T 则经过3次Arnold变换后,。该例题中的周期是 3.
这种加密算法对现代的计算机来说其计 算时间是很短的，因而其保密性不高。
数字图像加密不可行性
数字图像由于其数据量大和相关性的特点，使 用传统的加密算法对数字图像进行加密很难满 足在应用中的实时性要求。
二维Arnold变换定义
将点（x,y）变到另一点（x’,y’）的变换： （对应数字图像中的像素点的位置变动）
x' 1 1 x 1 y' 1 2 y mod
由于数字图像的是多维矩阵，于是将二 维Aronld变换扩展到N维。
x' 1 1 x y' 1 2 y modN
对64×64有含义二值水印图像W，对其 按照Z字形编码置乱M次，变为一幅杂乱 无章的无意义图像w1,从而消除了水印图 像的像素空间相关性。这里的M可以视为 加密水印图像的密钥。
（2）数字图像的分存加密方法。 Shamir提出的共享分存理论为后人提出 有效的加密方法打下了理论基础。 Shamir共享分存是指把通信密钥分成n 个子密钥，交给n个人保管，并且在n个 子密钥中，只要只要知道任意k （1≦k≦n）个，即可恢复密钥，任意 少于k个不能恢复密钥。
置乱技术已经取得了较大的发展，提出了很多 有效的方法,如：Armold变换，幻方变换，仿 射变换，Gray码变换。 Arrnold变换是V.I.Arnold在遍历理论研究中提 出的一种变换，Arnold图像置乱法就是将图片 按一定得方法改变图像像素的位置分布，以达 到加密的效果，但该变换具有一定的周期性， 这使得加密后的图像易于被破解。
幻方又称魔方，是古老的数学问题 ，它 有美妙的特性和奇异的结构 。
Gray码变换是一种数论变换，它可用于 二进制数据的纠错与校验。
仿射变换是空间直角坐标变换的一种， 它是一种二维坐标到二维坐标之间的线 性变换，保持二维图形的“平直线”和 “平行性”，其可以通过一系列的原子 变换的复合来实现，包括平移 (Translation)、缩放（Scale）、翻转 （Flip）、旋转（Rotation）和剪切 (Shear)。
数字图像信息安全问题
制作者：唐遥芳
主要框架
考虑数字图像安全问题的必要性 如果处理数字图像信息安全问题 （1）数字图像加密算法 （2）信息隐藏技术 典型简单加密算法解释 典型水印技术分析
必要性
由于在如此庞大的数字网络中，不可避 免会涉及图像的传输，这些以数字化形 式存在于网络上的文字及图像可以快捷 地被复制、修改、删除和添加，从而容 易导致一些恶意破坏。 如何对网上传输的图文数据进行有效的 保护已成为一个迫在眉睫的问题。
庞加莱定理是关于力学体系运动可逆性 （或可复性）的定理，指力学体系经过 足够长的时间后总可以回复到初始状态 附近。
这样只要知道加密算法，按照密文空间 的任意一个状态进行迭代，都会在有限 步内恢复出明文（即传输的原图像）。 即变换存在周期性问题。这种攻击对于 现代的计算机来说其计算时间是很短的， 因而其保密性不高。
数字图像加密的最终目的并不只是停留在生成 一幅没有视觉意义的杂乱的图像，而是希望把 它作为一种有效的辅助措施，应用到数字水印 技术的预处理和后处理过程中，以达到提高水 印安全性的目的。
信息隐藏技术
信息隐藏技术是把一个有意义的信息， 隐藏在另一个称为载体（Cover）的信息 （如普通图片）中，得到隐密载体 （Stego Cover），非法者不知道这个普 通信息中是否隐藏了其他的信息，而且 即使知道，也难以提取或去除隐藏的信 息。
图像传输面临数据膨胀问题
两种图像的加密方法： （1）Z字型加密方法。 Z字形编码是JEPG压 缩编码算法的计算步骤之一。图像首先经过 正向离散余弦变换（FDCT），然后量化，量 化后的DCT系数要重新安排，目的为了增加 连续0的个数，右下角的部分接近0，把这个 矩阵中的值重新排列游程，可以是游程中0值 的长度增加，以此进一步提高压缩率。