基于混沌映射的图像加密算法

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基于混沌算法的图像加密技术研究

基于混沌算法的图像加密技术研究图像加密技术在现代信息安全领域中占据着重要的地位，可以保护图像数据不被未授权人员接触、修改和复制。

基于混沌算法的图像加密技术因其具有高度随机性和反复性，受到了广泛的关注和研究。

混沌理论指经典物理世界中的一类模拟物理现象，它具有不确定性和极度敏感性，但在随机性上却异常丰富，可以生成高度的噪声信号。

混沌算法则是一种通过数学公式生成伪随机序列的非线性系统，在图像加密领域中得到了广泛应用。

一般而言，基于混沌算法的图像加密技术主要包括两个重要部分，即加密过程和解密过程。

加密过程中，需要将明文图像转换成一段密文编码，并加入随机的噪声由混沌系统生成的伪随机数作为加密密钥；解密过程则反之，需要通过相同的伪随机数序列还原出明文图像。

在加密过程中，混沌系统的生成信号是非常关键的，因为基于不同的混沌系统可以生成不同类型的噪声。

目前应用较多的混沌系统有Logistic映射、Henon映射、Lorenz系统和Chen系统等。

这些混沌系统本身具有高度的灵活性和随机性，可以产生非常复杂的噪声信号，保证了图像加密技术的安全性。

另外，为了加强图像加密技术的安全性，研究人员还提出了很多基于混沌算法的改进方案。

其中比较常见的是混沌扩散和置乱处理。

将混沌扩散算法融合到加密过程中，可以将密文中的像素进行多次变换，增加了反解密的难度；而置乱处理则是将加密后的像素顺序进行打乱，增加了破解难度，使得对加密信息的攻击非常困难。

同时，在图像加密过程中，还需要考虑到图像质量和加密后像素值的变化问题。

基于混沌算法的加密技术需要充分考虑两者的平衡因素，不能单纯地追求安全性，导致加密后图像的清晰度下降和像素失真问题。

在实际应用中，基于混沌算法的图像加密技术已经得到了广泛应用，比如在图像传输、存储、处理等方面。

同时，随着计算机技术的不断发展，研究人员正在不断探索基于混沌算法的图像加密技术的发展趋势，尝试结合其他算法和技术进行更好的改进。

基于混沌系统的随机图像加密算法设计

基于混沌系统的随机图像加密算法设计随着互联网的迅猛发展，保护个人信息和隐私的需求越来越强烈。

图像加密作为信息安全领域的重要分支之一，旨在通过加密技术保护图像信息的安全性和保密性。

但是，传统的加密算法存在不同程度的安全隐患。

因此，基于混沌系统的随机图像加密算法应运而生，其不仅具备安全性高、速度快等优点，还可以有效抵御不同类型的攻击。

一、混沌系统混沌系统是一种基于非线性动力学的复杂系统，具有高度的不确定性和随机性。

混沌系统的状态随时间呈现出明显的不规则运动，使其具有非常强的随机性和复杂性。

混沌系统的应用范围非常广泛，包括通讯、密码学、图像处理等领域。

二、基于混沌系统的随机图像加密算法基于混沌系统的随机图像加密算法是一种通过对图像进行混沌变换，达到加密保护的一种算法。

该算法将原始图像通过离散化的形式转化成矩阵，然后再通过非线性混沌系统的映射得到一组随机数，通过将矩阵与随机数进行混合生成密文图像，从而达到对图像的保密性。

三、算法流程1、输入原始图像2、将图片转换成灰度图，并将灰度值映射到[0,1]区间3、将灰度图解析成行矩阵4、根据矩阵大小生成混沌序列，并做映射处理5、将混沌序列和矩阵进行混合加密6、获取加密后的矩阵，将其转换回图像7、输出加密后的图像四、算法关键点1、混沌系统的选择。

不同的混沌系统产生的随机数序列具有不同的性质，因此选择适合的混沌系统对算法的保密性至关重要。

2、密钥生成方式。

随机数序列的生成过程直接决定了加密密钥的可靠性，因此要保证生成的密钥足够随机。

3、加密过程。

混合加密过程应该将原图像的信息充分分散，以避免加密过程中出现局部加密，从而提高加密强度。

五、算法结果通过对比传统的图像加密算法和基于混沌系统的随机图像加密算法，我们可以得到以下结论：1、基于混沌系统的随机图像加密算法具有更高的初始条件敏感性，更容易产生随机性，从而大大提高加密安全性；2、基于混沌系统的随机图像加密算法不仅可以有效抵御不同类型的攻击，而且可以降低加密的运算复杂度，提高加密速度；3、基于混沌系统的随机图像加密算法具有更好的加密强度和随机性，可以更好地保护图像信息的安全性和保密性。

一种新的基于超混沌映射的彩色图像加密算法

Ｃｈｅｎ ’ Ｓｈｙｐｅｒｅｈａｏｔｉｃｓｙｓｔｅｍａｒｅｕｓｅｄｔｏｓｃｒａｍｂｌｅｔｈｅｐｉｘｅｌｌｏｃａｔｉｏｎｓｏｆｅａｃｈｃｈｎｎａｅ１．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｅｖｅｒｙｃｈａｎｎｅｌｉｓｅａｒｉｅｄｏｕｔｔｈｅｂｉｔ — ｐｌａｎｅｄｉｓｐｌａｃｅ－
中图分类号
ＴＰ３０９
文献标识码
Ａ
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－３８６ｘ．２０１３．０８．０８５
ＡＮＥＷＣＯＬＯＵＲＩＭＡＧＥＥＮＣＲＹＰＴＩｏＮＡＬＧＯＲＩＴＨＭＢＡＳＥＤｏＮＨＹＰＥＲＣＨＡｏＴＩＣＭＡＰＰＩＮＧ
位平面置换和按位取反操作来实现像素值的扰乱，最后重组位平面及３个颜色通道即可获得加密图像。模拟仿真和安全性分析表明，提出
的图像加密算法加密效果较好，具有较大的密钥空间、对密钥具有较强的灵敏性，并且可以抵抗穷举攻击以及统计攻击。
关键词图像加密超混沌位平面置换按位取反安全性
ｉｍａｇｅｉｓｄｅｉｒｖｅｄｆｒｏｍｒｅｅｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｂｉｔ — ｐｌａｎｅｓｎｄａｔｈｒｅｅｃｏｌｏｕｒｃｈａｎｎｅｌｓＲ，ＧａｎｄＢ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｓｅｃｕｒｉｔｙａｒｒａｌｙｓｉｓａｌｌｓｈｏｗｔｈａｔｏｕｒｉｍａｇｅｅｎ — ｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍｈａｓｇｏｏｄｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ，ｂｉｇｇｅｒｋｅｙｓｐａｃｅ，ｈｉｇｈｅｒｋｅｙｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｃａｎｒｅｓｉｓｔｔｈｅｅｘｈａｕｓｔｉｖｅａｔｔａｃｋａｎｄｓｔａｔｉｓｔｉｃａｔｔａｃｋ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＩｍａｇｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎＨｙｐｅｒ — ｃｈａｏｓＢｉｔ — ｐｌａｎｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔＢｉｔｗｉｓｅｎｅｇａｔｉｏｎＳｅｃｕｒｉｔｙ

基于混沌映射数字图像加密算法分析

— ９５ —
算法语言
线性的混沌映射，定义为：
信息与电脑 China Computer&Communication
2016 年第 8 期
x / p F ( p, x ) = ( x − p ) / (1/ 2 − p ) F ( p,1 − x)
三个式子需要满足的 x 取值范围依次为：
2016 年第 8 期
信息与电脑 China Computer&Communication
算法语言
基于混沌映射数字图像加密算法分析
党小娟甘霖朱家云
（陕西服装工程学院信息工程学院，陕西咸阳 712046）
摘要：随着互联网的普遍应用，数字图像的传播越来越频繁，自然传播过程的安全性是相关人士探究的重要课题。而确保图像传输安全性措施较多，图像加密算法就是其中之一。笔者提出了基于混沌映射的加密算法，通过 4 个分段线性的混沌映射形成了伪随机序列，用该序列与标准幻方进行变换进行数字图像加密，这种加密算法对确保数字图像安全具有良好性能。关键词：混沌映射；数字图像；加密算法中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1003-9767（2016）08-095-02
p(k = ) {c(k ) ⊕ φ (k ) ⊕ c(k − 1) + G − 2* φ (k )}mod G 。
在密码系统中，首要问题就是安全性。本文选择一个 512*512 像素灰度图像为例进行实验，假设混沌映射的两个初始值为 x00=0.436567349535648、 x10=0.736967849535347。通过实验就能够正确进行加密（解密）文件，同时经过加密后图像的灰度图中分布更为均匀。

基于混沌算法的图像加密技术研究

基于混沌算法的图像加密技术研究图像加密技术是一种将数字图像转化为不可读的密文，以保护图像的安全性和隐私性的方法。

在信息传输和存储过程中，图像加密技术起到了至关重要的作用。

随着计算机技术的不断发展，混沌算法作为一种新型的加密技术，逐渐引起了研究者们的兴趣。

本文将以基于混沌算法的图像加密技术为研究主题，系统地介绍混沌算法在图像加密中的应用和研究成果。

首先，我们来了解一下混沌算法。

混沌是一种表现出无序、不可预测性和敏感性依赖于初始条件的动态行为的系统。

混沌算法通过利用这种系统的特性，将图像中的像素值进行随机重排或者替代，以实现对图像的加密。

在基于混沌算法的图像加密技术中，最常见的方法是混沌映射法。

混沌映射法通过选择适当的混沌映射函数，将图像中的像素值和密钥进行混淆，从而实现图像的加密。

常用的混沌映射函数有Logistic映射、Tent映射、Henon映射等。

这些映射函数具有迭代快速、初始值敏感等特点，能够有效地对图像进行加密。

在具体的图像加密过程中，混沌算法通常与其他加密算法结合使用。

最常见的是混合加密算法，即将混沌算法和传统的对称加密算法（如AES算法）结合使用。

首先，将图像进行分块处理，然后使用混沌算法生成随机数序列作为密钥，并将密钥和图像的像素值进行异或操作。

接下来，采用对称加密算法对密钥进行加密，进一步提高了图像的安全性。

在解密过程中，按照相反的步骤进行操作，即先使用对称加密算法解密密钥，再将密钥和密文进行异或操作，最后利用混沌算法恢复原始图像。

除了混淆像素值和密钥之外，基于混沌算法的图像加密技术还可以采用其他手段对图像进行加密。

例如，可以通过对图像进行像素位移、差分扩散、像素替代等操作，进一步增加图像的复杂性和随机性，提高加密强度。

此外，还可以引入模糊化技术和水印技术，使得加密后的图像满足一定的鲁棒性要求，以增强图像的安全性和可用性。

基于混沌算法的图像加密技术具有许多优点。

首先，混沌算法具有天然的随机性和不可预测性，能够充分满足图像加密的安全性要求。

基于混沌的数字图像加密算法的研究

t(10)
t(9)
t(2)
t(0)
t(4)
t(3)
t(12)
t(7)
t(8)
t(6)
最后将向量t(i)恢复成图像矩阵，得到加密后的图像。
仿真实验结果及分析
1. 密钥敏感性分析
原始图像
加密图像 x0=0.74356，y0=0.39284
解密图像 x0=0.74357，y0=0.39283
解密图像 x0=0.74356，y0=0.39283
原始图像k3加密图像k20加密图像灰度直方图一基于logistic映射的混沌图像加密算法加密流程图时logistic映射处于混沌状态原始图像加密后图像混沌序列像素值置乱算法像素位置置乱算法logistic映射混沌序列具有遍历性对初值具有敏感性混沌序列具有随机性将原始图像进行分割平均分割为16块正方形小图像所以每块小图像中有n4n4个像l10l11l12l13l14l15103n41l10l11l12l13l14l15103n41k10k11k12k13k14k15103n41x15x14置换函数第一步像素值置乱像素值置乱之前的序列像素值置乱之后的序列按照置换地址矩阵t将k向量中元素进行相应的位置置换k10k11k12k13k14k15y10y11y12y13y14y15y10y11y12y13y14y15t10t11t12t13t14t15第二步像素位置置乱用冒泡法将这16个实值按照从大到小顺序进行排序由yj在y1j中的位置得到置换地址矩阵ti排序之后的像素序列排序之前的像素序列最后将向量ti恢复成图像矩阵得到加密后的图像
加入椒盐噪声的图像
加入高斯噪声的图像
解密图像
解密图像
二、基于二维混沌映射的图像加密算法算法的原理
图像增补算法的原理

基于混沌理论的图像加密算法设计与实现

基于混沌理论的图像加密算法设计与实现基于混沌理论的图像加密算法设计与实现摘要：随着信息技术的发展和普及，图像在各个领域扮演着越来越重要的角色。

为了保护图像数据的安全性和机密性，图像加密技术成为研究的热点之一。

混沌理论以其高度的不可预测性和不确定性，成为图像加密领域的重要工具之一。

本文基于混沌理论，设计了一种新的图像加密算法，并对其进行了实现。

结果表明，该算法在加密图像的同时，能够保护图像中的信息不被恶意攻击者获取。

关键词：混沌理论；图像加密；信息安全1. 引言图像加密技术是信息安全领域的重要研究内容，它在保护图像数据的安全性和机密性方面发挥着重要作用。

随着计算机技术的不断发展，传统的加密算法逐渐暴露出一些不足之处，例如加密速度慢、加密强度不高等。

混沌理论以其高度的不可预测性和不确定性，成为图像加密领域的重要工具之一。

本文基于混沌理论，设计了一种新的图像加密算法，并对其进行了实现。

2. 混沌理论的基本原理混沌理论是一种描述非线性动力学系统行为的数学理论。

混沌过程具有高度不可预测性和不确定性，其输出表现出一种看似随机而实际上具有确定性的行为。

混沌理论广泛应用于密码学领域，可以产生高度随机的密钥序列。

3. 图像加密算法的设计本文设计的图像加密算法主要包括三个步骤：密钥生成、混沌映射和像素置换。

其中，密钥生成通过混沌映射生成高度随机的密钥序列。

混沌映射是基于混沌系统的一种映射算法，可以产生类似随机数的序列。

像素置换是通过对图像像素的位置进行重新排列来实现加密过程。

具体算法的设计步骤如下：步骤1：密钥生成选择合适的混沌系统，并设置初始值。

通过迭代计算，得到一系列具有高度随机性的密钥序列。

步骤2：混沌映射将生成的密钥序列应用于需要加密的图像。

通过对每个像素值进行异或操作，实现加密过程。

步骤3：像素置换对加密后的图像进行像素位置的重新排列。

可以采用一定的规则，如置换矩阵或者混沌映射算法进行像素位置的调整。

4. 图像加密算法的实现本文采用MATLAB编程语言实现了基于混沌理论的图像加密算法。

基于混沌映射的自适应图像加密算法

第３１卷第６期
２１０１年６月
计算机应用
ＪｕｎｌｏｏｕｅｐｌａｉｎｏｒａｆＣｍｐｔｒＡｐｉｔｓｃｏ
Ｖｏ＿Ｎｏ．１３１６
Ｊｎ０１ｕｅ２１
文章编号：０１— ０１２１）６—１００１０９８（０１０５２— ３
摘
要：为了提高图像加密算法的鲁棒性，出了一种新的自适应图像加密算法。首先，任意大小的灰度或彩提把
色图像分成２Ｘ２子块；然后，左上角子块的像素灰度值和Ｃｅｙｈｖ混沌映射构造与右上角子块等大的矩阵，用ｈｂｓｅ用该矩阵对右上角子块进行像素灰度值替换；最后，按顺时针对每个子块进行加密，直到左上角子块加密完毕。该算法不
ｔｓａｇｒｔｍ。ａｇａｍａｅｏｏｏｍａｅｗａｖｄｅｉｔ ×２ｓｚｌｃｓＡｏｒｐｎｎｉｅｏｔｘｉｈｅｔｐｆｇｈｉｌｏｈｉｒｙｉｇｒｃｌｒｉｇｓｄｉｉｄｎｏ２ｉｅｂｏｋ．ｃｒｅｓｏｄｉｇｓｚｆｍａｒｎｔｏｈｔｉｉ
依赖于图像的大小，而且适用于灰度图像和彩色图像，因而有很强的鲁棒性。同时灰度值扩散机制的引入使得该算
法具有良好的扩散性和扰乱性。
关键词：沌；混自适应；图像加密；ｈｂｓｅ映射；Ｃｅｙｈｖ图像分块中图分类号：Ｐ０．Ｔ３９７文献标志码：Ａ
ｄｉ１．７４Ｓ．．０７２１．１００：０３２／ＰＪ１８．００５２１

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摘要：目前大多数图像加密方法都只是针对方形图像的加密，了解决这一局限性提出了一种同时适用于方形和矩形图像的加为密算法。将基于图像拉伸和折叠获得的新二维映射用于图像位置置乱，将含有混沌映射的扩散函数用来改变原图各像素点的灰度
值，而得到位置置乱和灰度置乱相结合的加密算法。实验仿真结果表明该算法能够很好地实现对任意大小和形状图像的加密，从且加密效果令人满意。算法具有密钥空间大、密钥敏感性强以及能够抵御统计和已知明文攻击等优点。关键词ｔ图像加密；乱；置扩散函数；ｇｔｌｉｉｏｓｃ映射
，
ＲＥＮｎ — ，ＨＡＮＧｅ — ｉＺＨＡＮＧｉｎＩｇＥｃｙｔｏｌｏｉｈＨｏｇｅＳＺｈｎｗｅ，Ｊａ．ｍａｅｎｒｐｉｎａｇｒｔｍｂｓｄｏｈｏｃｍａ．ｍｐｔｒＥｎห้องสมุดไป่ตู้ｉｅｒｎａｅｎｃａｔｐＣｏｕｅｇｎｅｉｇｉ
ａｄＡｐｌａｏｓ２０，４３）２２２４ｎｐｉｔｎ，０８４（１：０ — ０．ｃｉ
ＡｂｔａｔＮｏｄｙｓｍａｅｎｒｐｉｎｓｒｃ：ｗａａｓｍｏｔｉｇｅｃｙｔｍｅｈｄａｅｏｔｏｓｒｍａｎｙｏｆｅｔｓｕｒｉｇｅｃｐｉｎＩｏｄｒｔｏｅｃｍｅｈｓｉｌｃｎｉｄｏｑａｅｍａｅｎｒｔ．ｎｙｏｎｒｅｏｖｒｏｔｉｌｔｔｎ，ｒｐｓｓｅｅｃｐｉｎｌｏｔｍｗｉｈｃｎｅｐｌｄｏｏｈｑａｅｎｒｃａｇｌｒｉｇｅｃｐｉｎＡｐｙｉａｉｉｐｏｏｅａｎｗｎｒｔａｇｒｈｍｉｏｔｙｏｉｈｃａｂａｐｉｔｂｔｓｕｒａｄｅｔｎｕａｍａｅｎｒｔ．ｐｌｅｙｏｔｅｎｗｈｅｍａｈｔｆｒｔｄｈｏｇｈｆｌｉｇｎｓｅｃｉｇｏｈｍａｅｏｔｅｌｃｔｎｃａｌｇａｄｃａｇｔｅｇｅｆｐｔａｏｍａｔｔｒｕｈｔｅｏｄｎａｄｔｔｈｎｆｔｅｉｇｔｈｏａｉｓｒｍｂｉ，ｎｈｎｅｈｒｙｏｅｒｏｎｅｃｐｘｌｎｈｉｇｂｕｉｇｐｅｄｕｃｉｎｔａｃｎａｎｈｏ，ａ，ＯｓｏｅａｉｇｅｃｙｔｎｌｏｉｍｗｈｃａｈｉｅｉｔｅｍａｅｙｓｎｓｒａｆｎｔｈｔｏｔｉｓｃａｓｎｐＳａｔｇｔｎｍａｅｎｒｐｉａｇｒｔｏｏｈｉｈｃｍｂｎｓｐｓｔｎａｄｇａｓｒｍｂｉｇＴｅｒｓｌｏｉｌｔｎｈｗｈｔｔｉｌｏｉｍａａｈｅｅｇｏｉｇｅｃｙｔｎｏｏｉｅｏｉｏｎｒｙｃａｌ．ｈｅｕｔｆｓｉｎｓｍｕａｉｓｏｔａｈｓｇｒｔｃｎｃｉｖｏｄｍａｅｎｒｐｉｆｏａｈｏａｙｓｚ，ｎｔｈｓａｓｔｆｃｏｙｎｒｐｉｎｅｆｃ．ｈｔｓｍｏｅｔｉｌｏｔｍａｌｒｅｅｓａｅｋｙｅｓｉｉｎｔａｓｎｉｅａｄｉａａｉａｔｒｅｃｙｔｆｔａ ’ ｒｈｓｇｒｈｈｓａａｇｋｙｐｃ，ｅｓｎｉｖｔａｄｉｌｏｓｏｅＷａｉｔｙｈｓｍａｙｏｈｒａｖｎａｅｕｈａｉｓｎｔｔｔａｎｎｗｘｒｓｌｔｃ．ａｎｔｅｄａｔｇｓｓｃｓｗｔｔｄｓｉｉｌａｄｋｏｎｅｐｅｓａｔｋｈａａｓｃｙａＫｅｒｓｉｇｎｒｐｉｎ；ｃａｌｇ；ｉｕｉｎｆｎｔｎ；ｇｓｃｍａｙｗｏｄ：ｍａｅｅｃｔｙｏｓｒｍｂｉｄｆｓｕｃｉｌｉｔｐｎｆｏｏｏｉ
东北林业大学信息与计算机工程学院，哈尔滨１０４５００
ＣｏｌｇｆＩｆｒｔｎａｄＣｍｐｔｒＥｇｎｅｎ，ｒｅｓＦｒｓｒｉｅｓｔＨａｂｎ５００，ｉａｌｅｏｎｏｍａｉｎｏｕｅｎｉｅｒｇＮｏｔａｔｏｅｔＵｎｖｒｉｅｏｉｈｙｙ，ｒｉ１０４Ｃｈｎ
２２２０，４３）００８４（１
ＣｍｕｅＥｇｎｅｉｇａｄＡｐｉｔｎ计算机工程与应用ｏｐｔｒｎｉｅｒｎｐｌａｉｓｎｃｏ
基于混沌映射的图像加密算法
任洪娥，尚振伟，张健
Ｒｎ－，ＨＡＮＧＺｅ－ｉＺＥＮＨｏｇｅＳｈｎｗｅ，ＨＡＮＪａＧｉｎ