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一种基于动态约瑟夫遍历和比特平面交叉置乱–扩散的彩色图像加密算法

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计算机科学与应用 2023年第4期13卷 720-736页

作者：汤宇晗李浩然支浩宇叶瑞松汕头大学数学系广东汕头

本文提出一种基于动态约瑟夫遍历和比特平面交叉置乱–扩散的彩色图像加密算法。首先,对图像的各行像素值求和量化,作为约瑟夫遍历的起点,使得约瑟夫遍历依赖于明文图像;利用斜帐篷混沌系统生成混沌序列并进行量化,得到约瑟夫遍历的步长... 详细信息

本文提出一种基于动态约瑟夫遍历和比特平面交叉置乱–扩散的彩色图像加密算法。首先,对图像的各行像素值求和量化,作为约瑟夫遍历的起点,使得约瑟夫遍历依赖于明文图像;利用斜帐篷混沌系统生成混沌序列并进行量化,得到约瑟夫遍历的步长,然后实现彩色图像的像素位置的约瑟夫遍历,达到置乱的效果。其次,将置乱后的图像像素值进行高低四比特分裂,利用变型Chen混沌系统生成的改进混沌序列对高低四比特序列进行动态置换,初步改变像素值。最后,通过变型Chen混沌系统生成的伪随机灰度值序列对初步加密的密文图像进行扩散操作,进一步增强加密算法的安全性。实验仿真结果表明,该算法加密效果优良,具有密钥空间大、密钥和明文敏感性高、密文图像统计性能好等优点,能够很好地抵御穷举攻击、统计分析攻击、差分攻击和选择明文、已知明文攻击等。

关键词：图像加密混沌序列约瑟夫遍历斜帐篷映射变型Chen混沌系统

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基于约瑟夫遍历的数字图像置乱算法

计算机工程与应用 2005年第10期41卷 44-46页

作者：向德生熊岳山湖南科技大学计算机学院湖南湘潭411201 国防科技大学计算机学院长沙410073

以约瑟夫遍历、位置置乱和灰度置乱为基础,提出了一种基于约瑟夫遍历的数字图像置乱方法,该方法简单易行,置乱效果良好,可用作信息隐藏与伪装的预处理。

关键词：图像置乱约瑟夫遍历位置置乱灰度置乱

改进约瑟夫遍历和分段Logistic映射的图像加密算法

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电子器件 2021年第1期44卷 125-130页

作者：赵晓龙李博贾芃杨耀森中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051 北方控制技术研究所山西太原030051

为了满足网络通信和图像传输的安全,提出了一种改进约瑟夫遍历和分段Logistic映射的图像加密算法,在置乱过程中通过改进约瑟夫遍历对待加密图像进行全局像素置乱,将置乱像素按照矩阵排列,分解成两个四位的高低矩阵,低四位矩阵利用分段的... 详细信息

为了满足网络通信和图像传输的安全,提出了一种改进约瑟夫遍历和分段Logistic映射的图像加密算法,在置乱过程中通过改进约瑟夫遍历对待加密图像进行全局像素置乱,将置乱像素按照矩阵排列,分解成两个四位的高低矩阵,低四位矩阵利用分段的Logistic混沌映射进行加密处理,对高四位矩阵通过异或运算改变原来矩阵,再将两个四位矩阵结合起来得到加密图像。改进的约瑟夫遍历可以有效抵御周期性攻击,分段Logistic映射引入图像的元素值增强了秘钥的独特性,实验结果证明,该加密算法秘钥空间大,安全性能好,可以抵御穷举,直方图统计等各种攻击。

关键词：分段Logistic 约瑟夫遍历图像加密引入图像元素异或运算

基于填充曲线和相邻像素比特置乱的图像加密方法

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电子与信息学报 2022年第3期44卷 1137-1146页

作者：牛莹张勋才郑州轻工业大学建筑环境工程学院郑州450002 郑州轻工业大学电气信息工程学院郑州450002

为提高图像传输安全性,该文提出一种基于填充曲线和相邻像素比特置乱的加密算法。首先,设计一种新的填充曲线用于图像像素的全局置乱。其次,将混沌序列作为约瑟夫遍历的起点和步长,利用改进的约瑟夫遍历方法对相邻像素进行比特级置乱。... 详细信息

为提高图像传输安全性,该文提出一种基于填充曲线和相邻像素比特置乱的加密算法。首先,设计一种新的填充曲线用于图像像素的全局置乱。其次,将混沌序列作为约瑟夫遍历的起点和步长,利用改进的约瑟夫遍历方法对相邻像素进行比特级置乱。像素级和比特级的双重置换,打破了图像像素间的高度相关性。最后,通过双向密文反馈,进一步提高方法的安全性。此外,设计了一种与明文图像关联的自适应密钥生成方法,以克服选择/已知明文攻击。并从密钥空间、密钥灵敏度、信息熵和相关性等性能指标对该方案进行了分析,结果表明,该算法具有良好的性能和足够的安全性。

关键词：图像加密填充曲线约瑟夫遍历比特置乱相邻像素

一种基于前向纠错码的图像DNA加密存储算法

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信息安全学报 2023年第6期8卷 28-36页

作者：姚翔宇苏燕青昝乡镇许鹏刘文斌广州大学计算科技研究院广州510006

近年来DNA(DeoxyriboNucleic Acid)存储发展迅速,实现数字图像DNA存储和安全传输成为有待解决的问题。因此该文提出了一种面向DNA存储的基于前向纠错码的图像加密算法。首先使用动态约瑟夫遍历算法对图像像素点进行行置换和列置换,以消... 详细信息

近年来DNA(DeoxyriboNucleic Acid)存储发展迅速,实现数字图像DNA存储和安全传输成为有待解决的问题。因此该文提出了一种面向DNA存储的基于前向纠错码的图像加密算法。首先使用动态约瑟夫遍历算法对图像像素点进行行置换和列置换,以消除明文图像相邻像素之间的相关性。其次,使用图像分解方法将明文图像分解为8个子图,然后再重新组合,实现了对图像像素值的置换,从而进一步消除明文图像的纹理特征和破坏其统计学特征。再次,对图像进行全局扩散,使明文的微小变化以扩散的形式影响密文,以抵抗差分攻击。最后使用可纠错DNA编码表将图像加密编码为DNA序列,合成后进行存储。算法将明文图像加密成DNA序列并存储,这种存储方式与传统存储介质相比更为安全。同时,可纠错DNA码使得密文可以在DNA存储环境中可靠读取。该文使用3张常用图像包括lena_gray、peppers_gray、baboon_gray,测试算法的安全性以及在DNA存储环境下的鲁棒性。仿真结果表明,该方法可以有效抵御多种密码学攻击,并且在DNA存储环境下对碱基错误和序列缺失等问题表现出良好的鲁棒性。

关键词：图像加密约瑟夫遍历图像分解可纠错DNA码

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基于循环矩阵思想的数字图像置乱算法

华侨大学学报（自然科学版） 2008年第2期29卷 203-207页

作者：叶国栋黄小玲岳中亮朱长青广东海洋大学理学院广东湛江524088 汕头大学理学院广东汕头515063 南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室江苏南京210046

以循环矩阵为基础,提出一种新的图像置乱算法.该算法借助数学知识,从空间位置上均匀地打乱图像像素的位置,置乱度高且偏差小.通过对循环矩阵方法、约瑟夫遍历方法和混沌方法的数值比较实验,表明该算法具有实现简单、操作容易、稳定性高... 详细信息

以循环矩阵为基础,提出一种新的图像置乱算法.该算法借助数学知识,从空间位置上均匀地打乱图像像素的位置,置乱度高且偏差小.通过对循环矩阵方法、约瑟夫遍历方法和混沌方法的数值比较实验,表明该算法具有实现简单、操作容易、稳定性高、效果更佳等优势.在不公开密钥s和t的情况下,既使是公开算法,对加密后的图像也是难以破解的.算法可用于任意大小的方阵图像,也可以直接推广到彩色图像,但不适合于非方阵图像.

关键词：图像置乱循环矩阵约瑟夫遍历混沌算法

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面向QR码的数字水印加密算法研究

面向QR码的数字水印加密算法研究

作者：孙丽敏东北师范大学

学位级别：硕士

QR码是日本Denso Wave公司在1994年发布,用于对信息进行编码的二维矩阵条形码,具有信息密度大,全方位无障碍识别、识别速度快、纠错能力强且可以编码不同类型信息的特点。QR码足够强大,无需特殊照明或摄像头就可以解码,生产成本低廉且... 详细信息

QR码是日本Denso Wave公司在1994年发布,用于对信息进行编码的二维矩阵条形码,具有信息密度大,全方位无障碍识别、识别速度快、纠错能力强且可以编码不同类型信息的特点。QR码足够强大,无需特殊照明或摄像头就可以解码,生产成本低廉且制作无门槛,易于实现,因此非常受欢迎,具有广泛的用途,但针对QR码或利用QR码的潜在攻击也随之产生。现在媒体已报道了很多基于QR码的欺诈事件,QR码的安全认证和所有权保护至关重要。针对QR码防伪能力不足的问题,本文提出基于细胞自动机和约瑟夫遍历的QR码数字水印加密算法,主要工作如下:1)为了保障数字水印的安全传输,一般在嵌入前对水印进行加密处理,使图像无法识别,并确保仅使用正确密钥才可解密。细胞自动机由于其良好的平行性,同质性和不可预测性成为图像像素加密的良好候选者,同时为了达到更好的加密效果,约瑟夫遍历可用来修改像素位置,计算速度快且易于实现。本文设计一种细胞自动机和约瑟夫遍历相结合的数字水印复合加密方案,该方法不仅具有很大的密钥空间,对于避免穷举猜测秘密信息非常重要;还打破水印图像相邻像素的相关性,提高水印算法的安全性和鲁棒性。2)将基于细胞自动机和约瑟夫遍历的数字图像复合加密算法应用到QR码所有权保护和安全认证领域,提出了基于复合加密的QR码数字水印算法。算法首先使用细胞自动机和约瑟夫遍历相结合的复合加密算法加密水印图像,提高破解水印的难度,然后结合离散余弦变换误码率低、计算速度快和奇异值分解稳定、能量集中的特性完成水印的嵌入。该方法不仅对常见的图像处理攻击有更好的鲁棒性,同时也可抵抗打印扫描攻击,实用价值更高。3)传统QR码由单调的黑白模块组成,美学吸引力小,彩色QR码在不改变传统QR码形状大小的同时添加颜色信息,改善QR码的颜色单一性,信息密度更大,彩色QR码有无限的发展潜力。将提出的基于复合加密的数字水印算法应用到彩色QR码防伪上,通过仿真软件Matlab模拟仿真说明该算法同样适用于彩色QR码,具有很好的抵抗噪声、滤波、JPEG压缩、几何等攻击的能力,可以作为一种彩色QR码版权保护和安全认证的新措施。

关键词：信息安全 QR码数字水印细胞自动机约瑟夫遍历

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基于复合混沌系统的视频加密技术研究

基于复合混沌系统的视频加密技术研究

作者：赵晓龙中北大学

学位级别：硕士

互联网技术的发展推动了视频技术的进步,商场里播放的大屏幕广告可以为消费者提供有效的购物信息,丰富了商场的设施。直播行业的兴起使得人们对视频清晰度的要求也有了很高要求,这也为视频技术的提高起到了推波助澜的作用。H.264/AVC编... 详细信息

互联网技术的发展推动了视频技术的进步,商场里播放的大屏幕广告可以为消费者提供有效的购物信息,丰富了商场的设施。直播行业的兴起使得人们对视频清晰度的要求也有了很高要求,这也为视频技术的提高起到了推波助澜的作用。H.264/AVC编码标准于1995年提出来距今已经有25年的历史,旧的视频编码技术已经无法满足目前发展的需求,HEVC编码技术成为主流的视频编码技术,视频安全传输一直是一个十分重要问题,视频加密是保护视频安全的一种重要手段,因此研究HEVC视频加密技术是十分必要的。前人针对视频安全传输已经提出了很多视频加密方法,有很多学者是基于H.264/AVC编码标准提出的视频加密技术,但是H.264/AVC编码标准已经难以适应现在互联网技术的发展和人们日常生活的需要,也有的学者是基于HEVC编码标准提出的视频加密方案,但是加密技术复杂,难以满足实时加密,会影响视频加密效率,因此本文提出了一种基于HEVC编码标准的复合混沌系统的视频加密技术,视频信息其实就是由一帧一帧的图像信息构成,因此考虑将图像加密技术与视频加密联系起来,提出了一种改进约瑟夫遍历与分段logistic映射的图像加密算法,将该加密算法与HEVC编码视频中的DCT变化系数和运动矢量过程结合起来,得到基于复合混沌系统的HEVC视频加密算法,利用仿真实验得出了视频加密的效果图,通过视频加密检测指标对本文加密算法进行了分析。本文首先介绍了混沌系统的基本理论知识以及密码学的基本知识,对图像加密算法进行研究提出复合混沌系统的设计思路,将原始图像通过约瑟夫置乱和分段logistic映射扩散得出二维伪随机序列,其次从HEVC编码的概述和结构方面入手介绍了HEVC编码技术的基础知识,介绍了HEVC编码的几个重要过程,通过分析选取了DCT变化系数和运动矢量选取适合的二值化方法进行语法元素加密,将图像加密与视频加密结合起来,仿真结果表明基于复合混沌系统的HEVC视频加密算法加密效果良好,视频加密算法中复合混沌系统采用低维的混沌映射,计算复杂程度低,可以实现实时加密,应用范围较广,而且加密时选择熵编码中的旁路编码作为加密通道,不会改变视频码流和视频压缩比,因此可以更好地实现实时加密。

关键词： HEVC 约瑟夫遍历分段logistic映射实时加密熵编码

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自适应图像加密算法研究

自适应图像加密算法研究

作者：张斌昆明理工大学

学位级别：硕士

当今社会已经进入了信息时代,网络技术全球化的发展已经完全改变了人们传递信息的方式和方法,Internet技术已经成为人们生活中不可分割的一部分。这些技术使我们的工作和生活更加便利,同时随着在网络上流通信息的日益增加,人们的隐私也... 详细信息

当今社会已经进入了信息时代,网络技术全球化的发展已经完全改变了人们传递信息的方式和方法,Internet技术已经成为人们生活中不可分割的一部分。这些技术使我们的工作和生活更加便利,同时随着在网络上流通信息的日益增加,人们的隐私也受到了越来越大的威胁。因此,在网络上安全地传输信息成为了各大公司和科研机构研究的热点。数字图像在当今社会的各个领域被广泛使用。把传统的加密标准,如IDEA和AES直接应用于图像加密存在一定的缺陷。因为传统的加密算法主要为一维数据流设计,没有考虑图像的二维特性,如空间有序性、视觉冗余性、相关性等等,这使得传统加密算法在加密数据量较大的图像时要耗费较长的时间。学者陈刚等人在论文《一种自适应的图像加密算法》中提出了一种新的自适应图像置乱加密算法,并证明了加密后的图像可以有效防止已知明文攻击。与此同时,算法还具有良好的完整性保护功能,可以用于图像验证。但是随着学者们逐步研究各种攻击手段,自适应图像加密算法在安全性上受到了很大的冲击。所以为了防止自适应图像加密算法所面临的安全性威胁,本文对自适应图像加密算法进行了安全性改进。这篇论文的主要研究内容如下： (1)第一部分包含第一、二章。这部分主要介绍了密码学的起源和历史,国内外数字图像加密技术的研究现状,阐述了本文所需要的数学基础知识和密码学基础知识。 (2)第二部分是第三章。这部分介绍了自适应图像加密算法的具体原理,并提出两种选择明文攻击方式和统计学攻击方式对其尝试攻击,发现了自适应图像加密算法的安全性缺陷。 (3)第三部分包含第四、五、六、七章。这部分针对前面提出的自适应图像加密算法的安全性缺陷,分别提出了几种改进算法。其中第四章针对两种选择明文攻击威胁提出了基于约瑟夫遍历的改进算法。第五章针对统计学攻击威胁提出了基于循环移位的改进算法。第六章我们在前面提出的两种改进算法的基础上结合其优点提出了组合形式的改进算法,分析表明,组合形式的改进算法能够有效地提高自适应图像加密算法的安全性。第七章提出了基于DES密码体制S盒和基于AES密码体制S盒两种改进算法,并证明了它们的正确性,分析了它们的安全性。

关键词：自适应图像加密安全性约瑟夫遍历循环移位 S盒