高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于混沌集的图像加密算法

李付鹏 刘敬彪 王光义 王康泰

李付鹏, 刘敬彪, 王光义, 王康泰. 基于混沌集的图像加密算法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(4): 981-987. doi: 10.11999/JEIT190344
引用本文: 李付鹏, 刘敬彪, 王光义, 王康泰. 基于混沌集的图像加密算法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(4): 981-987. doi: 10.11999/JEIT190344
Fupeng LI, Jingbiao LIU, Guangyi WANG, Kangtai WANG. An Image Encryption Algorithm Based on Chaos Set[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(4): 981-987. doi: 10.11999/JEIT190344
Citation: Fupeng LI, Jingbiao LIU, Guangyi WANG, Kangtai WANG. An Image Encryption Algorithm Based on Chaos Set[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(4): 981-987. doi: 10.11999/JEIT190344

基于混沌集的图像加密算法

doi: 10.11999/JEIT190344
基金项目: 国家自然科学基金(61771176, 61801154)
详细信息
    作者简介:

    李付鹏:男,1986年生,博士生,研究方向为忆阻器振荡电路、混沌密码理论及应用

    刘敬彪:男,1964年生,教授,研究方向为海洋探测、海底视频监控、电能与数据信息混合传输

    王光义:男,1957年生,教授,研究方向为新型纳米记忆器件理论及应用,混沌密码、信息加密与保密通信

    王康泰:男,1980年生,讲师,研究方向为智能信息处理,智能优化算法

    通讯作者:

    刘敬彪 ab@hdu.edu.cn

  • 中图分类号: TP309.7

An Image Encryption Algorithm Based on Chaos Set

Funds: The National Natural Science Foundation of China(61771176, 61801154)
  • 摘要:

    该文提出一种基于包含离散混沌系统、连续混沌系统的混沌系统集的混沌加密算法,该加密算法可以根据加密强度需求选择不同的混沌系统组合,利用图像像素的像素均值及像素坐标值为参数控制混沌密钥产生,增强混沌密钥与明文数据之间的联系。在加密基础上,将密文按位切割成3个数据后伪装隐藏在一个处理后的公开图像内,改变了密文外观特性。通过对加密后的图像进行图像直方图分析、相邻像素相关性分析及图像信息熵分析,表明该加密算法有效,在图像保密传输中具有应用潜力。

  • 图  1  加密算法流程图

    图  2  密文像素切割方式

    图  3  图像加解密效果图及直方图

    图  4  公开图像及其隐含密文后效果图

    图  5  Lina原图与混沌加密图像素相关性比较

    表  1  数据隐藏方式

    扩展图像像素值携带密文图像像素值
    ${{{Q}}_{2{{i - 1,}}2{{j - 1}}}}$${{{Q}}_{2{{i - }}1, 2{{j - }}1}}$
    ${{{Q}}_{2{{i - }}1, 2{{j}}}}$${Q_{2i - 1,2j}} + P_{1\;i,j}^2$
    ${{{Q}}_{2{{i,}}2{{j - }}1}}$${Q_{2i,2j - 1}} + P_{3\;i,j}^2$
    ${{{Q}}_{2{{i,}}2{{j}}}}$${Q_{2i - 1,2j}} + P_{2\;i,j}^2$
    下载: 导出CSV

    表  2  图像行列值控制选取混沌加密系统按行列产生密钥

    ${\rm{mod}}\left( {i,8} \right){\simfont\text{或}}{\rm{mod}}\left( {j,8} \right)$ 1 2 3 4 5 6 7 0
    选定的混沌系统 Logistic Bernoulli Tent Hénon Chen Lorenz Bao
    下载: 导出CSV

    表  3  图像相关系数分析

    相关系数 Lina图明文 Lina图密文 Lina图密文[7] Lina图密文[20] 扩展图像 携密图像
    水平方向 0.9719 –0.0055 0.0020 –0.0142 0.9333 0.9296
    竖直方向 0.9850 –0.0038 –0.0008 –0.0074 0.8799 0.8782
    对角方向 0.9593 0.0028 –0.0058 –0.0183 0.8383 0.8348
    下载: 导出CSV
  • ÖZKAYNAK F. Brief review on application of nonlinear dynamics in image encryption[J]. Nonlinear Dynamics, 2018, 92(2): 305–313. doi: 10.1007/s11071-018-4056-x
    HUA Zhongyun, JIN Fan, XU Binxuan, et al. 2D logistic-sine-coupling map for image encryption[J]. Signal Processing, 2018, 149: 148–161. doi: 10.1016/j.sigpro.2018.03.010
    刘冰. 基于改进Logistic映射的二值序列置乱加密算法[J]. 西华师范大学学报: 自然科学版, 2017, 38(3): 340–346. doi: 10.16246/j.issn.1673-5072.2017.03.020

    LIU Bing. A binary sequence scrambling encryption algorithm based on improved logistic mapping[J]. Journal of China West Normal University:Natural Sciences, 2017, 38(3): 340–346. doi: 10.16246/j.issn.1673-5072.2017.03.020
    马在光, 丘水生. 基于广义猫映射的一种图像加密系统[J]. 通信学报, 2003, 24(2): 51–57. doi: 10.3321/j.issn:1000-436X.2003.02.007

    MA Zaiguang and QIU Shuisheng. An image cryptosystem based on general cat map[J]. Journal of Communications, 2003, 24(2): 51–57. doi: 10.3321/j.issn:1000-436X.2003.02.007
    郭建胜, 金晨辉. 对基于广义猫映射的一个图像加密系统的已知图像攻击[J]. 通信学报, 2005, 26(2): 131–135. doi: 10.3321/j.issn:1000-436X.2005.02.023

    GUO Jiansheng and JIN Chenhui. An attack with known image to an image cryptosystem based on general cat map[J]. Journal on Communications, 2005, 26(2): 131–135. doi: 10.3321/j.issn:1000-436X.2005.02.023
    潘灵刚, 周千, 张蒙. 一种基于Logistic映射和Bernoulli移位映射的图像加密算法[J]. 计算机与数字工程, 2016, 44(7): 1343–1345, 1382. doi: 10.3969/j.issn.1672-9722.2016.07.033

    PAN Linggang, ZHOU Qian, and ZHANG Meng. An image encryption algorithm based on Logistic map and Bernoulli shift map[J]. Computer &Digital Engineering, 2016, 44(7): 1343–1345, 1382. doi: 10.3969/j.issn.1672-9722.2016.07.033
    赵建峰, 王淑英, 李险峰, 等. 基于分数阶超混沌的新图像加密算法[J]. 四川大学学报: 自然科学版, 2014, 51(5): 958–964. doi: 10.3969/j.issn.0490-6756.2014.05.017

    ZHAO Jianfeng, WANG Shuying, LI Xianfeng, et al. New algorithm for image encryption based on fractional order chaotic system[J]. Journal of Sichuan University:Natural Science Edition, 2014, 51(5): 958–964. doi: 10.3969/j.issn.0490-6756.2014.05.017
    李敬医, 陈炬桦. 基于3D混沌映射和细胞自动机的图像加密方案[J]. 计算机科学, 2015, 42(7): 182–185, 203. doi: 10.11896/j.issn.1002-137X.2015.7.040

    LI Jingyi and CHEN Juhua. 3D chaos map and cellular automata based image encryption[J]. Computer Science, 2015, 42(7): 182–185, 203. doi: 10.11896/j.issn.1002-137X.2015.7.040
    陈艳浩, 刘中艳, 周丽宴. 基于差异混合掩码与混沌Gyrator变换的光学图像加密算法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(4): 888–895. doi: 10.11999/JEIT180456

    CHEN Yanhao, LIU Zhongyan, and ZHOU Liyan. Optical image encryption algorithm based on differential mixed mask and chaotic Gyrator transform[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2019, 41(4): 888–895. doi: 10.11999/JEIT180456
    朱从旭, 胡玉平, 孙克辉. 基于超混沌系统和密文交错扩散的图像加密新算法[J]. 电子与信息学报, 2012, 34(7): 1735–1743. doi: 10.3724/SP.J.1146.2011.01004

    ZHU Congxu, HU Yuping, and SUN Kehui. New image encryption algorithm based on hyperchaotic system and ciphertext diffusion in crisscross pattern[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2012, 34(7): 1735–1743. doi: 10.3724/SP.J.1146.2011.01004
    钟艳如, 刘华役, 孙希延, 等. 基于2D Chebyshev-Sine映射的图像加密算法[J]. 浙江大学学报: 理学版, 2019, 46(2): 131–141, 160. doi: 10.3785/j.issn.1008-9497.2019.02.001

    ZHONG Yanru, LIU Huayi, SUN Xiyan, et al. 2D Chebyshev-Sine map for image encryption[J]. Journal of Zhejiang University:Science Edition, 2019, 46(2): 131–141, 160. doi: 10.3785/j.issn.1008-9497.2019.02.001
    SUN Jianglin, LIAO Xiaofeng, CHEN Xin, et al. Privacy-aware image encryption based on Logistic map and data hiding[J]. International Journal of Bifurcation and Chaos, 2017, 27(5): 1750073. doi: 10.1142/S0218127417500730
    BAO Long and ZHOU Yicong. Image encryption: Generating visually meaningful encrypted images[J]. Information Sciences, 2015, 324: 197–207. doi: 10.1016/j.ins.2015.06.049
    田小平, 田慧明, 吴成茂. 基于共享矩阵和混沌的图像分存算法[J]. 西安邮电大学学报, 2018, 23(2): 22–31. doi: 10.13682/j.issn.2095-6533.2018.02.005

    TIAN Xiaoping, TIAN Huiming, and WU Chengmao. Image sharing algorithm based on sharing matrix and chaos[J]. Journal of Xian University of Posts and Telecommunications, 2018, 23(2): 22–31. doi: 10.13682/j.issn.2095-6533.2018.02.005
    CHEN Guanrong and UETA T. Yet another chaotic attractor[J]. International Journal of Bifurcation and Chaos, 1999, 9(6): 1465–1466. doi: 10.1142/S0218127499001024
    LORENZ E N. Deterministic nonperiodic flow[J]. Journal of the Atmospheric Sciences, 1963, 20(2): 130–141. doi: 10.1175/1520-0469(1963)020<0130:DNF>2.0.CO;2
    LIU Jinhu, and CHEN Guanrong. A new chaotic system and its generation[J]. International Journal of Bifurcation and Chaos, 2003, 13(1): 261–267. doi: 10.1142/s0218127403006509
    BAO Bocheng, LIU Zhong, and XU Jianping. New chaotic system and its hyperchaos generation[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics, 2009, 20(6): 1179–1187.
    LIN Zhuosheng, WANG Guangyi, WANG Xiaoyuan, et al. Security performance analysis of a chaotic stream cipher[J]. Nonlinear Dynamics, 2018, 94(2): 1003–1017. doi: 10.1007/s11071-018-4406-8
    GAO Tiegang and CHEN Zengqiang. A new image encryption algorithm based on hyper-chaos[J]. Physics Letters A, 2008, 372(4): 394–400. doi: 10.1016/j.physleta.2007.07.040
  • 加载中
图(5) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  3055
  • HTML全文浏览量:  1592
  • PDF下载量:  184
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-05-16
  • 修回日期:  2019-08-20
  • 网络出版日期:  2019-09-29
  • 刊出日期:  2020-06-04

目录

    /

    返回文章
    返回