收稿日期:20180529;修回日期:20180702 基金项目:中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CHD2011JC101)
作者简介:张晓博(1975),男,陕西西安人,讲师,博士研究生,主要研究方向为模式识别与图像处理(xbzhang@chd.edu.cn);陈家慧(1996),
浙江丽水人,本科,主要研究方向为信息与通信工程、图像加密;彭进业(1964),男,湖南涟源人,教授,博士,主要研究方向为模式识别、信号与信
息处理;习敏(1994),女,陕西渭南人,硕士研究生,主要研究方向为模式识别.
基于复合混沌序列的图像加密方法
张晓博
1,2
,陈家慧
2
,彭进业
1
,习 敏
3
(1.西北工业大学 电子信息学院,西安 710072;2.长安大学 信息工程学院,西安 710064;3.西安交通大学 电
子与信息工程学院,西安 710049)
摘 要:针对低维度混沌系统的密钥空间小、加密系统安全性较低的不足。提出一种由 sine混沌改变均匀分布
logistic混沌排列次序形成复合混沌序列的图像加密方法。首先,产生服从均匀分布的 logistic混沌序列,用 sine混
沌序列重排该序列整数化后的重复部分,以此无重复数值的复合混沌序列进行像素位置置乱;之后,由于仅进行位
置置乱不能改变图像的灰度统计直方图特征,用
sine混沌重排整个 logistic混沌序列形成复合混沌序列,以此进行
像素扩散完成图像加密。对方法安全性从密钥空间、密钥敏感性、差分分析、统计直方图、相邻像素相关性、信息熵
方面进行了测量。实验结果表明该方法密钥空间大、敏感性高,能有效地抵抗穷举分析、差分分析和统计分析。
关键词:图像加密;均匀分布;logistic混沌;sine混沌
中图分类号:TP3097 文献标志码:A 文章编号:10013695(2019)11044339605
doi:10.19734/j.issn.10013695.2018.05.0393
Imageencryptionalgorithmbasedoncomplexchaoticsequences
ZhangXiaobo
1,2
,ChenJiahui
2
,PengJinye
1
,XiMin
3
(1.SchoolofElectronicInformation,NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xi’an710072,China;2.SchoolofInformationEngineering,
Chang’anUniversity,Xi’an710064,China;3.SchoolofElectronics&InformationEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,
China)
Abstract:Forthelowdimensionalchaoticsystem,thekeyspaceissmallandthesecurityoftheencryptionsystemislow.
Thispaperpresentedanimageencryptionmethodforcomplexchaoticsequencesformedbysinechaoschanginguniformlydis
tributedlogisticchaosorder.First
,itgeneratedalogisticchaoticsequenceobeyinguniformdistribution,andusedsinechaotic
sequencetorearrangetherepeatedpartaftertheintegerofthesequence
,sothatitusedthecompoundchaoticsequencewith
outrepeatingvalueforpixelpositiondisorder.Afterthat,becausepositionscramblingalonecouldchangethehistogramfea
turesofgraystatisticsoftheimage,itusedsinechaostorearrangetheentirelogisticchaossequencetoformcompoundchaotic
sequence,soastocompleteimageencryptionbypixeldiffusion.Itmeasuredthemethodsecurityfromkeyspace,keysensiti
vity
,differentialanalysis,statisticalhistogram,adjacentpixelcorrelationandinformationentropy.Theexperimentalresults
showthatthismethodhasalargekeyspaceandhighsensitivity,andcaneffectivelyresistexhaustiveanalysis,differential
analysisandstatisticalanalysis.
Keywords:imageencryption;uniformdistribution;logisticchaos;sinechaos
0 引言
随着互联网技术的日趋成熟与信息技术的发展,越来越多
的信息通过网络传播,这些信息的形式有文字、图像、视频等。
图像由于直观、生动的特点被广泛用于信息传播和交换。在日
趋复杂的网络环境中保证传输图像的安全性和保密性具有重
要意义。对具有数据量大、像素间存在相关性等特点的图像数
据,
IDEA、AES和 DES等 主 要 面 向 文 本 加 密 的 方 法 不 具 优
势
[1,2]
。混沌系统产生的连续信号经离散化后形成混沌序列,
具有不可预测性、非周期性等特点,在图像加密领域具有突出
优势,基于混沌系统的图像加密成为研究热点
[3]
。文献[4]提
出使用 logistic和二维 Henon映射,通过图像位置置乱和像素
灰度值加密两个步骤完成加密。文献[5]使用 logistic映射分
别进行位置置乱和灰度值扩散。文献[6]对每个像素点进行
一次位置置乱后紧接着进行一次扩散。这些方法相较于单一
的位置置乱,不但改变了像素位置而且改变了像素灰度值分
布,增大了破译难度。但上述方法使用的 logistic混沌统计特
性不服从均匀分布,密文的隐藏性有一定不足。
混沌加密的安全性很大程度上依赖于混沌序列的分布性、
随机性和复杂性
[7]
,对基本混沌序列进行改造是有益的。文
献[
8]针对一维 logistic映射只有两个可变参数的不足,提出了
一种基于三维交织编码 logistic映射产生混沌序列的方法。文
献[9]提出了一种 logistic映射和双随机相位编码结合的彩色
图像加 密 方 法。文 献 [
10]提 出 由 logistic映 射 和 蔡 氏 电 路
(Chua’scircuit)组成 logisticChua复合混沌映射产生混沌序
列的方法。文献[11]使用 logistic、ten和 sine等混沌映射两两
之间进行 异或、取模 和 反馈 操 作 形 成 新 的 复 合 混 沌。文 献
[12]对 logistic混沌序列进行均匀化,并在此基础上通过序列
元素的位置交换实现一种 logistic随机排列的生成方法(logis
ticrandompermutationbasedonpositioninterchange,LRPRI),该
方法对均匀分布的 logistic序列,首先从以 1,2,…,n排列的序
列中任选一个位置的数与最后位置 n上的数进行位置互换;之
后从余下的
1,2,…,n-1序列中再随机选择一个数与 n-1位
置上的数互换,直到结束。该方法通过对均匀分布 logistic序
第 36卷第 11期
2019年 11月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol.36No.11
Nov.2019