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基于实值离散Gabor变换的彩色图像加密算法

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基于实值离散Gabor变换的彩色图像加密算法

作者：胡楚昊南昌大学

学位级别：硕士

许多数字图像涉及个人隐私、企业隐私或军事机密等信息,这些信息在传输过程中往往存在被窃取或篡改的风险。安全且高效的图像加密算法是保障数字图像安全传输的关键手段之一。本文提出了两种基于实值离散Gabor变换和比特置乱的混沌彩色... 详细信息

许多数字图像涉及个人隐私、企业隐私或军事机密等信息,这些信息在传输过程中往往存在被窃取或篡改的风险。安全且高效的图像加密算法是保障数字图像安全传输的关键手段之一。本文提出了两种基于实值离散Gabor变换和比特置乱的混沌彩色图像加密算法。本文的主要研究工作如下:设计了一种基于实值离散Gabor变换和比特置乱的混沌彩色图像加密算法。通过实值离散Gabor变换将图像信息转换到变换域进行加密。以明文和初始密钥为输入,SHA-256算法生成三维混沌系统的初始值、控制参数、循环移位次数和Arnold变换的迭代次数。再利用Arnold变换对变换域图像执行比特置乱,其中Arnold变换的系数从三维混沌序列中选取。在对置乱矩阵执行Zigzag扫描后,利用三维混沌序列的索引矩阵和升序后的混沌序列,对扫描后的矩阵进行非线性置乱和循环移位扩散操作,获得密文图像。从密钥空间、相关性、直方图等方面对算法性能进行了评价。研究表明所提出的基于实值离散Gabor变换的彩色图像加密算法具有较高的安全性,可以抵抗常见攻击。结合实值离散Gabor变换和四元数离散傅里叶变换,设计了一种基于混合混沌映射的彩色图像加密算法。该算法先由三维Logistic映射的初始值和控制参数生成一个三维混沌序列,并利用该三维混沌序列和原始明文图像由SHA-256算法生成二维耦合混沌映射的初始值和控制参数。在对原始图像进行实值离散Gabor变换后,采用比特置乱的方式对图像进行第一轮加密。将置乱后的矩阵分别重构为四元数的各个虚部,实现对彩色图像三通道的统一加密并提高算法的加密效率。再采用三维混沌序列对四元数矩阵进行相位掩模,相位掩模后执行四元数离散傅里叶变换得到四元数矩阵的各个实部和虚部,并将各个实部和虚部比特重构为三个矩阵。利用二维耦合混沌序列和其索引矩阵对三个矩阵统一进行快速置乱操作和与明文相关联的扩散操作,得到密文图像。仿真结果表明基于实值离散Gabor变换和四元数离散傅里叶变换的彩色图像加密算法具有较高的安全性。

关键词：图像加密实值离散Gabor变换比特置乱混沌系统四元数离散傅里叶变换

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像素位置与比特双重置乱的图像混沌加密算法

通信学报 2014年第3期35卷 216-223页

作者：邓晓衡廖春龙朱从旭陈志刚中南大学信息科学与工程学院湖南长沙410083

针对当前流行的一类具有置乱—扩散结构的混沌图像加密算法存在的安全缺陷问题,提出了一种能抵抗选择明(密)文攻击的图像加密算法。算法采用Kent混沌映射生成密钥序列,并根据明文像素值的特征和输入的密钥,分别产生混沌系统的参数和预... 详细信息

针对当前流行的一类具有置乱—扩散结构的混沌图像加密算法存在的安全缺陷问题,提出了一种能抵抗选择明(密)文攻击的图像加密算法。算法采用Kent混沌映射生成密钥序列,并根据明文像素值的特征和输入的密钥,分别产生混沌系统的参数和预迭代次数。首先,利用混沌序列实现图像像素位置的全局置乱;其次,根据另一个新生成的混沌序列,实现对图像像素值中0 bit、1 bit的置乱。实现了混沌映射产生的序列与图像本身内容的关联,从而实现了中间密钥随明文自适应变化,能有效抵抗选择明(密)文攻击。实验结果表明,该算法克服了以往算法不能抵抗选择明(密)文攻击的缺陷,同时具有加密算法简单、密钥空间大等加密性能,并能较好地抵抗统计特性分析、差分分析攻击。

关键词：图像加密混沌系统像素置乱比特置乱

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基于相邻像素间比特置乱的图像加密算法

计算机工程与设计 2020年第7期41卷 1829-1835页

作者：郭媛敬世伟周艳艳齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

针对现有单一像素点间比特置乱的图像加密算法存在对所用混沌序列不敏感,以及抵御选择明(密)文攻击弱的问题,提出一种相邻像素点间比特置乱的方式,用Kent、Logistic混沌映射对明文图像进行像素位置全局置乱、相邻像素比特置乱以及扩散... 详细信息

针对现有单一像素点间比特置乱的图像加密算法存在对所用混沌序列不敏感,以及抵御选择明(密)文攻击弱的问题,提出一种相邻像素点间比特置乱的方式,用Kent、Logistic混沌映射对明文图像进行像素位置全局置乱、相邻像素比特置乱以及扩散操作。相邻两像素点置乱充分利用像素点全局置乱后的图像相关性极低这一特性,解决单一像素点进行比特置乱时对所用的混沌序列不敏感问题。采用正反双向不同混沌序列扩散结合明文的哈希值SHA-256,有效抵御选择明(密)文攻击。实验结果表明,该算法对明文、密钥敏感性强,密文分布均匀、相邻像素相关性低,能较好抵御统计分析、差分攻击和选择明(密)文攻击。

关键词：图像加密比特置乱 SHA-256 混沌映射选择明(密)文攻击

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基于比特置乱的量子混沌图像加密算法

计算机工程 2017年第7期34卷 182-186,192页

作者：谢国波杨彬广东工业大学计算机学院广州510006

针对当前主流混沌置乱加密算法防御性不强的问题,提出一种新的量子混沌图像加密算法,采用量子Logistic混沌序列与比特置乱后的图像进行加密运算。对明文各像素比特位进行全局置乱,再对中间密文进行加密运算,得到加密图像。通过引入量子... 详细信息

针对当前主流混沌置乱加密算法防御性不强的问题,提出一种新的量子混沌图像加密算法,采用量子Logistic混沌序列与比特置乱后的图像进行加密运算。对明文各像素比特位进行全局置乱,再对中间密文进行加密运算,得到加密图像。通过引入量子混沌系统,解决了Logistic混沌系统随机性差、控制参数少的问题。实验结果表明,该算法摒弃了传统加密算法常用的异或运算,在统计特性和抗攻击性等方面比常规算法性能更好。

关键词：比特置乱量子混沌系统图像加密混沌 Logistic映射

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基于图像重组和比特置乱的多图像加密

光子学报 2020年第4期49卷 169-181页

作者：郭媛周艳艳敬世伟齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院黑龙江齐齐哈尔161006

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... 详细信息

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.

关键词：图像加密多图像加密图像重组比特置乱 Logistic-Fibonacci级联混沌明文SHA-256

基于多级联混沌加密的MP-WFRFT安全通信方法

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北京航空航天大学学报 2024年第6期50卷 1960-1968页

作者：王西康孟庆微许华齐子森张悦空军工程大学信息与导航学院

为提高无线通信物理层安全传输性能，提出一种基于多级联混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。通过基于Logistic映射和Henon-Sine映射的多级联混沌系统实现比特数据的第1轮置乱加密和符号数据的第2轮相位加密，... 详细信息

为提高无线通信物理层安全传输性能，提出一种基于多级联混沌加密的多参数加权分数傅里叶变换(MP-WFRFT)安全通信方法。通过基于Logistic映射和Henon-Sine映射的多级联混沌系统实现比特数据的第1轮置乱加密和符号数据的第2轮相位加密，利用MP-WFRFT的星座裂变特性进行数据第3轮星座加密。三重加密方案极大提升了通信系统的保密性，有效防止了暴力攻击。相比传统的低维混沌加密方法，基于Logistic映射和Henon-Sine映射的多级联混沌具备更大的密钥空间，且系统运动轨迹更为复杂。针对多级联混沌加密方案在数据加密中的应用，提出了新的比特置乱和改进的移位星座旋转方法实现数据安全。仿真结果和分析表明：所提三重加密方案在不影响传输性能的情况下能够有效地对信息进行安全传输，非合作接收方在混沌密钥仅存在10-15偏差的情况下误比特率始终保持在0.5左右。

关键词：物理层安全级联混沌多参数加权分数傅里叶变换比特置乱星座加密

一种基于DNA编码和比特置乱的彩色图像加密算法

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微电子学与计算机 2021年第3期38卷 33-38,45页

作者：王锟张雪锋姜文西安邮电大学网络空间安全陕西西安710061 国家计算机网络应急技术处理协调中心北京100029

针对目前彩色图像加密方案存在的效果差、安全性低等问题,提出了一种基于DNA编码和比特级置乱的彩色图像加密算法.该算法通过对选取DNA编码规则的均匀程度进行评价,使DNA的8种编码规则可以随机并且更加均匀的被选取.首先基于比特级置乱... 详细信息

针对目前彩色图像加密方案存在的效果差、安全性低等问题,提出了一种基于DNA编码和比特级置乱的彩色图像加密算法.该算法通过对选取DNA编码规则的均匀程度进行评价,使DNA的8种编码规则可以随机并且更加均匀的被选取.首先基于比特级置乱规则对彩色图像进行预处理;再使用DNA编码和循环移位的方式改变RGB平面本身的统计信息;最后使用S盒对DNA译码后的像素值进行非线性替换.理论分析和仿真结果表明,算法可以提供更大的密钥空间,密文图像也具有更高的信息熵,具有良好的安全性.

关键词：熵比特置乱 DNA编码彩色图像加密

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基于Logistic均匀分布图像置乱方法

物理学报 2011年第11期60卷 125-132页

作者：曹光辉胡凯佟维北京航空航天大学计算机学院北京100191 辽宁工业大学电子与信息工程学院辽宁省锦州市121001 密西根州立大学计算机科学与工程系美国密西根东兰新48823

针对许多基于Logistic图像置乱方法的设计只注重置乱规则和方法,没能很好地给出设计原理这一现象,文章遵循从坚实的数学理论到实际应用这一科学过程,给出了一个全新的具有坚实理论基础的基于Logistic图像置乱算法.依据混沌初值敏感性,... 详细信息

针对许多基于Logistic图像置乱方法的设计只注重置乱规则和方法,没能很好地给出设计原理这一现象,文章遵循从坚实的数学理论到实际应用这一科学过程,给出了一个全新的具有坚实理论基础的基于Logistic图像置乱算法.依据混沌初值敏感性,密钥空间大这一特性,从混沌映射Logistic着手,结合概率相关理论,设计了基于Logistic映射(0,1)区间上的均匀分布随机变量产生算法,利用这一均匀分布变量生成基于位置互换的随机排列.为了度量该随机排列的置乱强度,设计了置乱强度测试算法.最后,利用这一基于Logistic均匀分布的随机排列驱动图像生成置乱图像.比较Baker算法、Ye算法和Yoon算法,结果显示,文章建议的Logistic图像置乱算法具有很大的密钥空间,很强的密钥敏感性,很强的使结构性数据相关性消失的性能,进而能够增加熵值,很好的抗攻击能力,可以有效地满足图像置乱需求.

关键词：图像置乱混沌序列随机置乱比特置乱