針對(duì)已有基于混沌系統(tǒng)的圖像加密算法計(jì)算復(fù)雜度較高的問(wèn)題,基于改進(jìn)cat映射提出一種計(jì)算復(fù)雜度較低、易于實(shí)現(xiàn)的彩色圖像加密算法。該算法包括置亂與擴(kuò)散兩層。置亂層采用比特置亂代替?zhèn)鹘y(tǒng)的字節(jié)置亂,徹底打亂圖像各像素的位置,并且對(duì)傳統(tǒng)二維cat映射進(jìn)行改進(jìn),大幅度地提高了計(jì)算效率,采用均勻的混沌偽隨機(jī)產(chǎn)生器動(dòng)態(tài)地改變加/解密過(guò)程每輪的控制參數(shù),提高了加密系統(tǒng)的安全性;擴(kuò)散層則采用比特矩陣方法將每塊擴(kuò)散處理�；谡鎸�(shí)圖像的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法可抵御不同類(lèi)型的攻擊,計(jì)算效率較高。 

【文章來(lái)源】：計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究. 2017,34(01)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

本文加密程序主要流程框圖

法1二維cat映射算法1fori=1toM－1{2Mv［i］=i+1;3}4fork=0tor－1{5fori=0toM－1{6uMvm［i］=Mv［i］×u［k］+rl［k］+rc［k］;7vMv［i］=Mv［i］×v［k］;8vMvm2［i］=u［k］×vMv［i］+Mv［i］+rc［k］;9}10forj=0toM－1{11xrow=mod(Mv［i］+uMvm［j］，M);12yrow=mod(Mv［i］+uMvm2［j］，M);13data_bit_1［i，j］=data_bit_2［xrow，ycol］;14}15}其中，data_bit_2［xrow，ycol］是源矩陣，data_bit_1［i，j］是目標(biāo)矩陣。1．1．3混沌序列生成方法本文設(shè)計(jì)了一個(gè)離散程序來(lái)生成隨機(jī)的混沌序列。圖2所示是本文的混沌序列產(chǎn)生方法，包括兩個(gè)混沌映射:Skew與PWLCM(Piece-wise線(xiàn)性混沌映射)。兩個(gè)分量的生成器均使用一個(gè)線(xiàn)性反饋位移寄存器(LFSＲ)實(shí)現(xiàn)。圖2混沌序列生成方法離散Skew映射與離散PWLCM分別如式(22)(23)定義。X［n］=F［X［n－1］］=?2N×X［n－1］P」0＜X［n－1］＜P2N－1X［n－1］=P?2N×(2N－X［n－1］)2N－P」P＜X［n－1］＜2N(22)其中:P是控制參數(shù)，其值是［1，2N－1］，精度為N=32bit。X［n］=F［X［n－1］］=?2N×X［n－1］P」0＜X［n－1］＜P?2N×(X［n－1］－P)2N－1－P」P＜X［n－1］＜2N－1?2N×(2N－X［n－1］－P)2N－1－P」2N－1≤X［n－1］＜2N－P?2N×(2N－X［n－1］)P」2N－P≤X［n－1］＜2N－12N－1其他情況(23)其中:控制參數(shù)P為［1，2(N－1)－1］。本文的混沌生成器具有如下的加密屬性:隨機(jī)的偽映射，delta型自動(dòng)相關(guān)性，接近0的交叉相關(guān)性，均勻分布，可通過(guò)statisticNIST800-22的安全測(cè)試

敲扛隹櫚牡??問(wèn)?瑀p是每次迭代j的循環(huán)數(shù)量。因此，加密系統(tǒng)中每塊的密鑰數(shù)量是NKp=r×rp。Cat映射參數(shù)的范圍是0≤u，v，rl，rc≤M－1，代表每個(gè)參數(shù)所需的比特?cái)?shù)量為q=「log2(M)?，其中「z?表示ceil運(yùn)算。因此，一輪循環(huán)(rp=1)生成的動(dòng)態(tài)密鑰大小是KP，j，k=4×q;一次迭代(r=1)動(dòng)態(tài)密鑰的大小是Kpj=4×q×rp;加密一個(gè)塊的動(dòng)態(tài)密鑰大小是Kp=4×q×rp×r。例如，如果M=16，則q=4，Kp=16×rp×r。本文實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置的安全級(jí)別為rp=r=1，因此Kp=16bit，說(shuō)明混沌生成器足以為每個(gè)塊提供動(dòng)態(tài)密鑰。1．2解密程序圖3所示是本文的解密程序流程。其步驟是:a)將密文塊中的字節(jié)轉(zhuǎn)換為比特流形式(使用int2bin()函數(shù));b)使用反向置亂程序?qū)⒈忍亓鞣聪蛱幚?c)使用bin2int()函數(shù)將比特流轉(zhuǎn)換為字節(jié)流;d)進(jìn)行反向擴(kuò)散程序處理。上述步驟共重復(fù)r次。此外，解密程序與加密程序使用相同的混沌序列生成器。圖3解密程序流程框圖1．2．1基于改進(jìn)二維cat映射的反向程序因?yàn)閏at映射包括模運(yùn)算，所以是一個(gè)不可逆的函數(shù)，但是本文改進(jìn)的cat映射是可逆的變換。本文需保持所有迭代與循環(huán)過(guò)程闡述的動(dòng)態(tài)密鑰參數(shù)(Kp=u，v，rl，rc)，并用于反向序列方可獲得原矩陣。算法2是基于上文推導(dǎo)公式的反向置亂代碼實(shí)現(xiàn)。第1期孫倩，等:基于改進(jìn)cat映射與混沌系統(tǒng)的彩色圖像快速加密算法·235·

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于快速混沌置亂的魯棒型醫(yī)學(xué)圖像加密算法[J]. 海潔,杜海龍,鄧小鴻.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用. 2015(02)
[2]一種新的混沌圖像加密算法設(shè)計(jì)[J]. 韓雙霜,閔樂(lè)泉,韓丹丹.  河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(05)
[3]基于仿射和復(fù)合混沌的圖像加密新算法[J]. 文昌辭,王沁,劉向宏,黃付敏,袁志樹(shù).  計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展. 2013(02)
[4]對(duì)“一種超混沌圖像加密算法的安全性分析及其改進(jìn)”的選擇明文攻擊[J]. 俞斌.  計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究. 2013(02)



本文編號(hào)：3127912