基于七维超混沌系统和Pascal矩阵的图像加密方案

沙特国王大学学报基于七维超混沌系统和Pascal矩阵的图像加密方案Ammar Ali Neamah伊拉克纳杰夫库法大学计算机科学和数学系阿提奇莱因福奥文章历史记录：2022年9月27日收到2023年2月13日修订2023年2月14日接受在线预订2023年保留字：图像加密超混沌系统Pascal矩阵安全性A B S T R A C T通过互联网和其他通信介质在用户之间传输过多数量的图像需要使用有效的技术来保护图像免受未经授权的使用。加密是保护图像和数据的最有效方法之一。本文提出了一种新的灰度图像加密方法，结合了一个七维超混沌系统和Pascal该算法首先利用超混沌系统对原始图像进行混淆，然后利用Pascal矩阵对置乱后的图像进行扩散该算法采用直方图、相关系数、差分攻击、信息熵和噪声攻击等方法对图像加密性能进行评估。仿真结果表明，该算法具有较高的安全性，能抵抗各种攻击©2023作者由爱思唯尔公司出版代表沙特国王大学这是一个开放的访问CC BY-NC-ND许可证下的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍近年来，网络通信的快速发展导致了对通过互联网和其他网络安全传输图像的高需求。鉴于有害的网络攻击日益频繁，保护图像（尤其是医学和军事图像）至关重要。因此，保护图像内容已成为一个关键问题。图像水印、图像隐写和图像加密都是保护图像内容的常用方法图像加密技术是保证图像安全的最有效手段，它利用私钥将原始图像转换为不可读图像近年来，各种基于混沌映射的图像加密技术被引入以提高图像的安全性。混沌映射在密码学中很重要，这些映射主要分为一维和高维混沌映射。这些技术中的许多依赖于两个基本阶段。困惑是最初的沙特国王大学负责同行审查制作和主办：Elsevier这个阶段依赖于改变像素的位置。接下来的阶段是扩散，其中像素值被改变。研究人员提出了许多用于数字图像加密的技术，例如基于混沌的（Wang和Lingfeng，2022;Wang等人，2019; Ye等人，2020; Hua等人，2019年; Xu等人，2022; Lyle等人，2022; Zheng和Zeng，2022; Almalkawi等人，2019; Alghamdi等人，2022）、基于椭圆曲线的（Hayat等人，2022; Banik等人，2019; Laiphrakpam和Khumanthem，2018），基于细胞自动机（Mondal等人，2019年;Zhang等人，2019年;Li等人，2022; Ping 等人，2022）、DNA（Wu 等人，2018;Nematzadeh等人，2020; Uddin等人，2021;Wang和Du，2022）和压缩传感（Gong等人，2019年; Zhang等人，2018年; Ye等人，2022; Shi等人， 2021年）。Yu等人 （Yu等人， 2020）提出了一种依赖于超混沌系统和短时分数傅立叶变换的图像加密技术。然而，该方法不能有效地检索图像时，密码图像的攻击与统计攻击。Luo等人（Luo等人，2020）提出了一种新的图像加密技术，将超混沌系统与量子编码相结合。经典图像数据被映射到量子态，确保准确提取该图像但由于缺乏量子硬件，这项技术仍处于研究Wu等人（Wu等人，2016）开发了一种融合六维超混沌系统和二维离散小波变换的彩色图像加密方法，以达到更好的加密效果。然而，这种技术增加了数据存储和传输的成本Chai等人 （Chai等人，2016）使用四维忆阻https://doi.org/10.1016/j.jksuci.2023.02.0141319-1578/©2023作者。由爱思唯尔公司出版代表沙特国王大学这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表沙特国王大学学报杂志首页：www.sciencedirect.comA.A. 尼阿玛沙特国王大学学报239ð Þð Þð Þ ¼67：中国i;j我我！你好！第1页第1半];第2页第2半] 11;P-33412375;P-34461372435遗传重组超混沌映射在图像加密中应用该映射对初始密钥的敏感性和复杂的动力学行为使其成为图像加密的合适选择。尽管图像加密算法具有很高的安全性，但Tsafack等人（Tsafack等人， 2020）开发了一种四维混沌电路，并将其用于加密图像。这种方法提供了一个大的密钥空间，但容易受到噪声攻击。 Hosny 等人（ Hosny 等人，2021）设计了一种新的基于Fibo- nacci Q-矩阵和六维超混沌系统的图像加密技术。这种技术有效地承受了差分攻击，但需要很长的时间来处理。Lu等人 （Lu等人， 2021）提出利用四维保守超混沌系统产生混沌序列作为密钥，结合图像DNA编码对原始图像进行加密。该方法具有较高的安全性，但需要提高DNA编码的速度. Kaur等人（Kaur等人，2022）设计了一种新的图像加密技术，该技术基于一种基于对偶局部搜索的进化算法来调整一个改进的7D超混沌系统的初始值，从而产生大的私钥。然而，作者只集中在加密过程中，并没有注意到计算的复杂性。超混沌方法被用来克服限制，低维混沌系统这些方法执行在非线性，随机性，不可预测性，并创建了具有大密钥空间的密钥序列。一般来说，可以通过使用超混沌系统来提高安全级别。7维超混沌系统具有复杂的结构和多参数性，与4、5、6维系统相比具有更好的动力学行为。由于其复杂的动态行为，这些7D系统可以用于安全通信这些特性使这些系统能够超越低实验结果和算法评估表明，该方法有效地加密灰度图像具有良好的性能。文章的其余部分结构如下：本研究的前提是在第二节介绍。第三节主要描述了所提出的技术，并列出了详细的步骤。第4节包括各种分析，除了模拟实验。第5节提供了安全评估和结果。第6节总结了整个工作。2. 预赛本节解释了两个关键工具，它们是我们所提出的方法的基础。第一个工具是对称Pascal矩阵，它被定义。接着，描述了一个七维超混沌系统。2.1. 对称Pascal矩阵考虑一个n×n方阵P<$n<$n，P1/4。 我不知道！ ; 0 ≤ i; j

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