基于混沌系统的图像加密技术研究
基于多层参数扰动的混沌映射图像加密系统的设计与实现(精)
基于多层参数扰动的混沌映射图像加密系统的设计与实现混沌图像加密算法从应用两个logistic函数产生的混沌序列相互置乱后得到置乱列置乱图像的像素值到应用Arnold变换与logistic映射相结合,既改变图像的像素值,有改变了图像的像素位置,达到加大图像混乱度与加密复杂度的目的。
实验步骤加密部分1．设原图为I（x ,y），使用Arnold变换,对图像I进行像素位置置乱，得到置乱图像O（x ，y);2．通过logistic函数由不同的初值key1,key2，key3产生三个不同的混沌序列；3．三个序列置乱得到一个机密序列L；4．使用L对图像O进行像素值置乱，最终得到加密图像Z。
解密部分通过对各个部分的逆运算图像Ｚ进行解密。
在实验初期，选定logistic函数产生混沌序列对图像进行置乱,密钥的有效范围是（0，1),大致结构如下图所示：实验结果如下：经过logistic混沌序列置乱（密钥设置为0。
123，0。
124，0。
1）后有：解密后得到考虑到单纯的logistic混沌系统加密抗破解不强,复杂度不够，所以需要再加入其他的置乱算法进一步置乱图像。
由此,本实验选用Arnold变换。
实验如下（迭代100次）：把两种加密结合起来，这样就加大了图像的复杂度,实验如下：经过Arnold变换后得到:接着进行logistic置乱，得到加密图像:通过逆运算最终还原由于采用了Arnold变换，所以加密图像就有了较大的局限性，不能够达到广泛加密的目的，而且目前图像复杂度还是不够高，还原效果也不是很好,所以实验下一步將针对这些不足决定采取分位平面并且对信息量最大的位平面进行分块加密的方法。
使用更准确的方法尽量减少误差，得到效果更好的还原图像。
对于一个256的灰度图像,位平面分离后如图所示：对这些平面分块（只分块含信息量多的位平面）后分别进行加密,具体步骤大致如下图:这样，不仅改变了图像的直方图,总的平均灰度值也改变了，而且采用可渐进式的解码算法，只要任一层的密钥不对都不可能把图像恢复.大大提高了加密算法安全性。
基于混沌系统的图像加密算法
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Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ
２０ ０ ２年 ２月
基 于 混 沌 系统 的 图像 加 密 算法
孙 鑫一 易耳 孙托 －磋
（ 海 大学 饥 电工 崔 皇动 化学 院 （ 讧 上学 Ｃ （ 日 家重 皇宴 鞲 室 渐 ＡＤ Ｓ ’浙 江 大 学 ＩＩ 制 牲 研 究 于 ： 。Ｉ ！ 上海 ２０ ７ ） ０ ０ ２ １Ｃ ２ ０ ７ 杭 州
言
丁 空 ｌ 域 算 法 ． 献 ［ ］ 究 ＿ ２和 非 线 性 变 换 ， 高 维 １ 日 Ｊ 文 ６研 即 Ａ ｎ ｌ 换 和 Ｆｂ ｎ ｃｉ 变 换 ； 析 了变 换 的 周 期 ， ｒｏｄ变 ｉ ａｃ— ｏ Ｑ 分 井 针 对 数 字 图 像 的 灰 度 空 间 讨 论 了 ２种 变 换 的 置 乱 作 用． 本 文结 合上 述 思 想 ‘ ， 利 用 混沌 动 力 学 的 特 点 ， 出 并 提 了基 于混 沌 序 列 的 图像 加 密尊 法 ．
Ｋｅ ｒ ｃ ｏｓ，ｃ ｏ ｅ ｕｅ ｅｓ，ｓ ｒ ｍ ｂｌｎ ” ｙ ｗｏ ｄｓ ｈａ ｈａ ｓ ｓ ｑ ｎｃ ｃａ ｉｇ
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町以 作 为 密 钥 的一 部 分 ， 有 较 好 的 加密 效 果 ． 具 这 算 缓 属
１ 引
杭 ４ ３ Ｃ ２ ・ ｔ １ｕ ７ ｌ
摘
要
混沌 序 具 有 容 易 成 、 对 始 条件 敏 感 技 具 备 ｆ噪 甫 的统 汁特 兰 等特 点 混 沌 Ｊ 的离 散 璁射 也 具有 Ｌ 『 孚列
基于混沌理论的图像加密算法
基于混沌理论的图像加密算法第一章：引言现代社会中，信息安全一直是一个倍受关注的话题。
随着技术的发展和网络的普及，人们越来越需要一种高效、安全的加密算法来保护自己的信息。
图像作为一种常见的信息载体，其保密性也备受关注。
传统的加密方法已经不能满足人们的需求，基于混沌理论的图像加密算法因其优异的加密性能和抗攻击性能而备受研究者的关注。
本文将重点介绍基于混沌理论的图像加密算法。
第二章：混沌理论2.1 混沌理论概述混沌理论起源于对复杂系统运动规律的探索，在这些系统中，微小差别对系统的演化产生极大影响。
混沌系统表现出非周期、高度敏感的特征，其抗干扰性能优异。
2.2 混沌系统的特征混沌系统具有高度不稳定、迹象性无序、非周期性、高度敏感性等特点，这些特点使之成为一种非常优秀的加密工具。
基于混沌系统的加密算法也因其不可预测性而备受关注。
第三章：基于混沌理论的图像加密算法3.1 混沌映射混沌映射是基于混沌理论的重要工具，在图像加密算法中也得到广泛应用。
其具有宽带噪声、复杂性、不可预测性等特点。
3.2 基于混沌映射的图像加密算法基于混沌映射的图像加密算法主要包括图像置乱和加密两个过程。
在图像置乱过程中，通过使用混沌映射对图像像素进行乱序排列，使之达到任意混沌的效果。
加密过程则通过使用混沌映射对乱序图像进行加密，从而实现对图像的加密保护。
3.3 基于混沌扰动的图像加密算法基于混沌扰动的图像加密算法也是一种常见的加密方式。
其主要通过使用迭代映射的方法对图像像素进行扰动，使之达到混沌效果。
同时，在加密过程中，算法使用密钥对图像像素进行加密，提高加密的安全性。
第四章：基于混沌理论的图像解密算法4.1 图像解密算法图像解密算法需要和图像加密算法成对使用。
与加密过程相反，解密过程需要使用密钥解密图像像素，并且对乱序的像素进行重排。
目前，基于混沌理论的图像解密算法主要包括解密置乱算法和解密扰动算法两种。
4.2 基于混沌映射的图像解密算法基于混沌映射的图像解密算法主要是通过使用密钥和混沌映射对加密的图像像素进行解密，并通过对乱序像素进行重排来实现解密。
一种新的基于混沌的图像加密算法
【 中图分 类号 】Ｔ ９ １ ３ Ｎ １． ７
【 文献标识码】Ａ
Ｎｅ Ｉ ａ ｅ Ｅｎ ｒ ｐ ｉ ｎ Ａｌ ｏ ｉｈ ｓ ｄ ｏ ａ ｓ ｗ ｍ ｇ ｃ ｙ ｔ ｇ ｒｔ ｍ Ｂａ ｅ ｎ Ｃｈ ｏ ｏ
ＬＩ － ｎ ＷＡＮＧ ｉ ｘ ａ ｇ Ｕ—Ｇａ ｇ Ｌ— ｉ － ｎ
像， 当需要对 图像进行解 密时 ， 只要 把加密 图像与相 应
的混 沌 图 像 进 行 Ｘ Ｒ运 算 即可 。这 种 方 法 具 有 加 密 解 Ｏ 密 速 度 快 ， 易 实 现 等 优 点 ， 却 容 易 受 到 选 择 明 文 的 容 但 攻 击 ．使 得 密 码 分 析 者 可 以 绕 过 密 钥 对 图像 进 行 猜 测 或 者 解 密 。因 此 如 何 提 高 算 法 的 安 全 性 ， 了 重要 的 研 成
和 循环 移位 ． 到 初 步 加 密 图像 ， 后对 图像 进 行 Ａ ｎ ｌ 换 得 到加 密 图像 。测 试 结 果表 明 ， 算 法具 有 加 密效 果好 、 度 快 、 钥 得 最 ｒｏｄ变 该 速 密 空 间 大 等优 点 。
【 键 词 】Ｌ ｇ ｔ 关 ｏ ｉｉ 射； ｓｃ映 图像 加 密 ； 环 移位 ； ｒｏ 循 Ａ ｌ 射 ｎ ｄ映
ｔ ｎ ｅ ｅ ｔ ａ ｔ ｅ ｅ ｙ ｔ ｇ ａ ｄ ｌｒ ｅ ｋ ｙ ｓ ａ ｅ ｉ ｆ ｃ ，ｆ ｓ ｎ ｒ ｐ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ｐ ｃ ． ｏ ｎ
【 ｙｗｏｄ 】Ｌ ｇ ｔ ａｐｎ ；ｉ ｇ ｎｒｐｉ ； ｙｌ ｓｉ； ｒｏ ｐ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｏ ｉｉ ｍ ｐｉｇ ｍａｅ ｅｃｙｔ ｎ ｃｃ ｈ Ａｎ ｌ ｍａｐｎ ｓｃ ｏ ｅ ｆ ｔ ｄ ｇ
文 章 编 号 ：０ ２ ８ ９ （０ ８ １ — ０ ２ ０ １ ０ — ６ ２ ２ ０ ）２ ０ ２ — ３
利用复合混沌系统的图像加密方案研究与设计
ｉ ｉ ｖ ｒ ｄ ｔ ｅ ｅ ｃ ｙ ｔ ｎ Ｔｈ ｘ ｅ ｍ ｅ ｔ ｅｕ ｔ ｄ ｍｏ ｓ ａｅ ｔ ａ ｔ ｅ ｉ ｇ ｎ ｒ ｐ ｉ ｎ ａ ｏ ｔ ｍ ｈ ｗｓａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆ ａ ｇ ｅ ｐ ｃ ， ｓ ｎ ｅ ｓ ｎ ｒ ｐ ｉ ． ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ａ ｒ ｓ ｌ ｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｔ ｈ ｍａ ｅ ｅ ｃｙ ｔ ｌ ｒ ｅ ｈ ｏ ｉ ｌ ｓ ｒ ｏ ｇｉ ｈ ｓ ｏ ｄ ａ ｔｇ ｓｏ ｒ ｅ ｋ ｙ ｓ ａ ｅ ｌ
ｖｄ． ， ３ Ｍａ ０ ０ Ｐ ． ４ ０ ３ ５ ６Ｎｏ １ ， ｙ２ １ ， Ｐ３ ５ — ４ ２
Ｔ ｌ ８ — ５ — ６０ ６ ５９ ９ ４ ｅ： ６ ５ １ ５ ９ ９ ３ ＋ ６ ０ ６
利用复合混沌系统 的图像加密方案研究与设计
韩 英， 云 凤 李
（ 长沙 航 空 职 业 技术 学 院 ， 南 长 沙 ４ ０ １） 湖 １０ ４
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓ ａ ｅ ｒ ｓｎ ｓａｎ ｗ ｈ ｏ ｉ ｉ ｇ ｎ ｒ ｐｉ ｎ ａ ｏ ｉ ｍ． ｅＢａ ｅ ｐ ｉ ｕ ｅ ｈ ｆ ｅ ｔ ｅｐ ｓ ｏ ｓ ｆ ｈ ｇ ｉ ｅｓ ｓｒ ｃ ： ｉ ｐ ｐ ｒｐ ｅ ｅ ｔ ｅ ｃ ａ ｔ ｍａ ｅ ｅ ｃ ｙ ｔ ｇ ｒ ｈ ｃ ｏ ｌ ｔ Ｔｈ ｋ ｒ ｍａ ｓ ｓ ｄ ｔ ｓ ｕ ｈ ｏ ｉ ｎ ｅ ｉ ｅ ｐ ｘ ｌ Ｏ ｌ ｉ ｔ ｏ ｔ ｍａ ｉ ｅｓ ａｉｌ ｏ ｉ ｎ ｔ ｐ ｔ —ｄ ｍａ ｈ ａ ｎ，ｔ ｅ Ｌ ｕ ｃ ａ ｔ ｙ ｔｍ ｓ ｄ ｔ ｎ ｒ ｐ ｈ ｈ ｍｅ ｍａ ｅ ｈ ｅｓ ｕ ｆ ｎ ｈ ｎ ｒ ｐ ｉ ｎ ｉ ｃｒ ｕａｅ ． ｃ ｙ ｔ ｎ ｈ ｉ ｈ ｏ ｃ ｓｓ ｉ ｅ ｉ ｕ ｅ ｅ ｃ ｙ ｔ ｅｓ ｕ ｄ ｉ ｇ ，ｔ ｈ ｆ ｅａ ｄ ｔ ｅｅ ｃｙ ｔ ｓ ｉ ｌｔｄ Ｄｅ ｒｐ ｉ ｓ Ｏ ｔ ｌ ｏ ｃ ｏ
基于混沌的一种图像加密算法
Ａ ｓｒｃ ：Ｔ ｉ ｐ ｐｒ ｒ ｏ ｅ ｅ ａ ｅｅ ｃ ｐｉ ｌ ｒ ｈ ａｅ ｎｉ ｐｏ ｅ ｏ ｐ ｄｍ ｐ ｌ ｔ ｅ （ ＭＬ ｎｏｄ ｒ ｏ ｂ ｔ ｔ ｈ ａ ｅ ｐｏ ｓｄ ａｎｗ ｉ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎａｇｉ ｍ ｂ ｓｄｏ ｒｖｄ ｃｕ ｌ ａ ｔｃｓ Ｃ ）ｉ ｒｅ ａ ｓ ｐ ｍ ｙ ｏ ｏｔ ｍ ｅ ａｉ ｔ
明， 该种序 列消除 了相 邻点的相 关性 ， 改善 了统计分 布特 性 ， 并利 用此 方法产 生的序 列对灰度 图像进 行加 密。仿
真结果表 明， 用该 方法产生的序 列对 图像加 密后 ， 邻像素 点的相关性很低 ， 对其密钥敏 感性 和统 计特 性进 其相 并
行 了分析 ， 均说 明该 方法应 用于图像 加 密很有 效。
有限字长效应影响 了保密性 ，使得现有 的一维混沌保 密系统
大都 已被 破解 。后 来 出 现 了 时 空 混 沌 系统 ，它 不 仅 在 时 间 方 向上 具 有混 沌 行 为 ，而 且 在 系统 长 时 间 发 展 之 后 ，在 空 间 方
向上也具有混沌行为 ， 具有更强的安全性。二维时空混沌模型
ｓ ｃ ｒｔ ｉ ｌ ｎ ｓｅ ｓ ｏｉ ｌｍｅ ｔ Ｅｘ ｅ ｍｅ ｔｓｍｕ ａｉｎ ｓ ｗｓｔａ ｈｅｅ ｃ ｙ ｔｏ ｌｏ ｔ ｍ ａ ｏ ｄ ｅｆ ｃ ｆｅ ｒ ｐ ｅ ｕ ｙ ｓｍｐｅ ａ ｄ ｉ ａ ｙｔ ｍｐｅ ｎ ． ｉ ｐ ｒ ｎ ｉ ｌ ｔ ｈｏ ｈ ｔｔ ｎ ｒ ｐｉ ｎ ａｇ ｒ ｈ ｈ ｓｇ ｏ ｆｅ ｔｏ ｎｃｙ — ｉ ｏ ｉ
关 键 词 ：混 沌 ；图像 加 密 ； 密 通 信 保
中图分类号 ：Ｔ ３９ ７ Ｐ ０ ．
基于混沌系统的加密算法研究
基于混沌系统的加密算法研究随着信息化时代的到来，网络安全变得越来越重要。
人们很容易将数据或信息传输到异地，但也就难以保证其安全性。
此时，加密技术便应运而生。
随着计算机技术的不断发展，加密算法也在不断地更新换代。
其中一种较为先进的算法是基于混沌系统的加密算法。
本文将从三个方面探讨该算法的研究，以帮助读者更加深入了解这种新型加密算法。
一、什么是混沌系统混沌系统，就是一类非线性动力学系统。
它的特点是高度复杂、高度敏感、高度随机、高度不可预测。
混沌系统可以看作是一种动态的物理现象，它的演化过程具有极大的不规则性，但却受到确定性规律的制约。
混沌系统常常表现为无序、混乱、非周期性的运动轨迹，是对线性稳态系统的颠覆。
二、基于混沌系统的加密算法的理论基础基于混沌系统的加密算法的理论基础是混沌系统的性质——高度随机和不可预测。
混沌系统中的某些参数比如Lyapunov指数和分形维数等，可以用来描述混沌系统的随机性和复杂性，使得它们成为加密算法中非常有力的加密源。
基于混沌系统的加密算法利用混沌系统本身对参数的敏感性，对待加密的数据进行变换。
采用混沌系统中的初始值和参数，可以生成一组动态随机数，这些随机数是高度不可预测的，从而可以起到较好的加密作用。
这种随机性，其实是一种高效的加密方法，加密算法要解开它，需要无限时间和无限资源。
三、基于混沌系统的加密算法的实际应用基于混沌系统的加密算法已经被广泛应用于网络安全、通信安全、金融安全、军事安全等方面。
其在网络安全中的应用非常广泛。
如传输证书、数字签名、安全电子邮件、数字图像加密等等。
在通信领域中，基于混沌系统的加密算法变得相当重要。
通信安全是保证通信内容不被窃听或篡改的重要手段之一，基于混沌系统的加密算法使得通信变得更加私密和安全。
在金融领域，基于混沌系统的加密算法能够有效地防范金融腐败和楼新等行为。
在军事领域，保密是至关重要的，基于混沌系统的加密算法能够对机密信息进行高强度的保护。
一种基于混沌的数字图像加密算法
（ 黑龙江计算 中心 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ０ ３ ） ０ ６ ５
摘
要 ： 出 Ｉ 一 于 Ｌ ｇｓ ｉ映射的混沌 图像枷街算法 ， 提 ｒ 种塔 ｏ ｉｔ ｉＣ 为了提高算法的安全性 ， 采用循环移位进一步扰乱囝像像素值 ， 得到最 终 的加密 图像。实验证 Ｈ该算法具有易 丁实现 ， ｊ 】 计算速度快 、密钥空间大 、可以抵抗 唯密文攻击等ｔ点 。 ｝ 亡
２ 混 沌加 密 原 理
混沌理论（ ｈ ｏｉ Ｔ ｅ ｒ ） Ｃ ａ ｔ ｈ ｏｙ 是近三十年才兴起的科学 ｃ 革命 ， 它与相对论及量子力学被列为二 十世纪的最伟大发 现和 科学传 世之作。量子力学质疑微观世界 的物理 因果 律， 而混沌理论则否定了包括宏观世界拉普拉斯（ ａ ｌｃ ） （ ｐａ ｅ Ｌ
１ 引 言
随着 多媒 体和 网络通 信技 术 的不 断发展 和迅速 普
加密算法 ， 改进 了基于 Ｌ ｇｓｉ 映射 图像加密方法。通常 ｏｉ ｃ ｔ 的方 法是首先产生一幅与待加密 图像尺 寸相 同的混沌图 像， 然后用该 混沌 图像 与原始 图像进 行异或运算 。为 了 进一 步打乱像素值 ， 高加密的安全性 ， 提 增加破译难度 ， 本文的算法 对异或运算结果 的每一像 素的灰度值 进行循 环移位 ， 得到最 终的加密 图像 ， 当需要对加密 图像进行解 密时， 只要把加密 图像的每一像素值像反方 向循环移位 ，
从 而适用于 网络传输 。接收 端在解码 后方可进 行解密 。
为国际非线性科学和信息科学两个领域交叉融合 的热门 前沿课 题之一 ， 也是 国际上 高科技研 究 的一个 新领域 。
混沌现象是在非线性动力系统 中出现 的确定性 、类似随
机 的过程 ， 这种过程 既非周期又非收敛 ， 并且对初值 具有
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基于混沌系统的图像加密技术研究
混沌系统是一种具有无序、随机和不可预测性质的非线性动力
学系统，其在密码学中已被广泛应用于消息加密、图像加密、身
份验证等领域。
其中，基于混沌系统的图像加密技术可以实现在
保持加密数据安全性的同时，保留了图像的视觉效果，因此更适
用于图像通信和存储方面。
一、混沌系统的基本原理
混沌系统是一种迭代映射动力学系统，在非线性条件下，其状
态会随时间变化而呈现出随机、无序、分岔和周期皓等性质。
混
沌系统可以用数学模型来描述，其中最著名的混沌系统是洛伦兹
系统，它用于描述大气科学中的对流流体的运动。
依据混沌系统的特性，现代密码学发展了一系列混沌加密算法，其中最为常用的是混沌置换和混沌流密码。
混沌置换算法是一种
基于迭代映射的分组密码算法，随机的迭代次数和初始条件可用
于扰乱图像像素，从而达到加密的目的。
混沌流密码则是利用混
沌序列产生伪随机数流，用于对原始数据进行加密。
二、基于混沌系统的图像加密技术
图像加密技术是在数字图像传输和存储时必不可少的技术手段。
其中，基于混沌系统的图像加密技术相比于传统的加密技术，更
适用于图像加密，具有快速、高效、安全等优势。
下面将从两个
方面介绍基于混沌系统的图像加密技术。
1、基于混沌置换的图像加密技术
混沌置换算法将迭代映射应用在了像素排序上，通过对图像像
素位置的随机变换，来实现混沌加密。
将图像像素坐标变换为一
个混沌序列，再通过混沌序列的迭代计算，洛伦兹混沌序列产生
了一个随机序列，用于对图像的像素进行混沌置换，从而实现图
像的加密。
具体的实现过程为：首先，将图像转化为一维数组，并设置一
组初始条件。
然后，通过迭代计算混沌序列，从而得到像素位置
的一个置换序列；接着，采用该序列对图像像素进行混淆；最后，将加密后的像素重新排列成二维矩阵，即完成了图像加密。
2、基于混沌流密码的图像加密技术
混沌流密码是利用混沌序列产生伪随机数流，用于对原始数据
进行加密的密码算法。
混沌流密码包括两个主要部分：混沌序列
发生器和异或加密器。
其中，混沌序列发生器用于产生伪随机数流，即混沌序列，而异或加密器则是用于将混沌序列与明文图像
进行异或运算，从而实现加密的过程。
具体的实现过程为：首先，通过混沌发生器产生一组伪随机序列，作为密钥流；接着，将伪随机序列与明文图像按位异或，从
而得到密文图像；最后，将加密后的图像送到接收端，在接收端
也要使用相同的密钥流进行解密。
三、基于混沌系统图像加密技术的应用
基于混沌系统的图像加密技术已经广泛应用在数字图像传输、
存储方面。
其中，最为显著的应用场景是在网络传输中，主要有
以下三个方面：
1、图像认证
图像认证是指通过自动检测和认定图像的真实性、完整性和原
始性，对图像数据进行保护。
利用基于混沌系统的图像加密技术，可以防止网络传输过程中的未授权访问、非法篡改、重放攻击等
行为，从而保证图像数据的安全性和可追溯性。
2、图像压缩
图像压缩是数字图像处理的一种基本技术，目的是通过压缩传
输的图像数据量，减少网络传输流量。
利用基于混沌系统的图像
加密技术，可以在压缩图像信息的同时，保持数据的安全性，提
高网络传输的效率和稳定性。
3、图像存储
图像存储是非常重要的数据存储方式。
基于混沌系统的图像加密技术可以在存储过程中对图像数据进行加密处理，保护数据的安全性，从而防止信息泄露和非法获取。
总之，基于混沌系统的图像加密技术已经成为了数字图像传输和存储的一种重要技术手段。
其利用混沌序列产生伪随机数流，将图像像素混淆或异或运算，从而保护图像数据的安全性。
随着网络传输技术的发展，基于混沌系统的图像加密技术将会有更广阔的应用前景。