數(shù)字圖像加密方法簡析
admin 隨著計算機網(wǎng)絡的開放、共享性以及互聯(lián)程度的日益擴大，互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展和應用，網(wǎng)絡的重要性及其對社會的影響也越來越大。與此同時，網(wǎng)絡的安全保密問題也已成為日益嚴重的現(xiàn)實問題。那么我們今天就來談談數(shù)字圖像加密方法。
一、基于Arnold變換的圖像加密算法
1、基于n維Arnold變換的圖像相空間置亂
對于給定的正整數(shù)N，下列變換稱為n維Arnold變換：
n維Arnold變換同二維Arnold變換一樣具有周期性，繼續(xù)使用Arnold變換，也可以重現(xiàn)原始圖像。利用n維Arnold變換對圖像的相空間進行置亂，也能實現(xiàn)圖像的加密。
2、基于二維Arnold變換的圖像加密算法
Arnold 變換是Arnold在研究環(huán)面上的自同態(tài)時提出的一種變換，俗稱貓臉變換。利用Arnold變換的周期性，即當?shù)侥骋徊綍r將重新得到原始圖像，這使得很容易進行圖像的加密與解密?；贏rnold變換，可以通過置亂圖像的位置空間或相空間兩種方式對圖像進行加密。
設有單位正方形上的點（x，y），將點（x，y）變到另一點（x’,y’）的變換為
，此變換稱為二維Arnold變換。
將二維Arnold變換應用在圖像f（x，y）上，可以通過像素坐標的改變而改變原始圖像灰度值的布局。原始圖像可以看作一個矩陣，經(jīng)過Arnold變換后的圖像會變的“混亂不堪”，由于Arnold變換的周期性，繼續(xù)使用Arnold變換，可以重現(xiàn)圖像。利用Arnold變換的這種特性，可實現(xiàn)圖像的加密與解密。
二、基于混沌系統(tǒng)的加密算法
混沌理論與相對論、量子力學并列為二十世紀的三大發(fā)現(xiàn)之一?；煦绲陌l(fā)現(xiàn)，為決定論和隨機論之間架起了一座橋梁，改變了人們以前對隨機性和確定性的認識。研究人員發(fā)現(xiàn)，混沌和加密有天然的聯(lián)系，Shannon曾經(jīng)說過：一個好的混合變換疆場是由兩個簡單的、不可交換的操作得到?；煦绾图用艿年P系如下表所示：
混沌和加密的對比
| 混沌性質 | 加密的性質 | 描述 |
| 遍歷性 | 混亂性 | 輸出具有類似的分布狀態(tài) |
| 對參數(shù)敏感 | 對變換具有擴散性 | 輸入引起輸出的改變 |
| 混合性 | 具有擴散性 | 局部變化引起整個空間的變化 |
| 動力系統(tǒng)確定性 | 偽隨機流確定性 | 系統(tǒng)產(chǎn)生偽隨機信號 |
| 結構復雜 | 算法（攻擊）復雜 | 過程簡單，結果復雜 |
1、基于混沌的像素位置置亂算法
設f代表大小為M×N的圖像，選定兩個混沌系統(tǒng)分別以初值x（0），y（0）產(chǎn)生兩個混沌序列，將序列歸一化后分別乘以M和N，并將兩列序列取整，使得序列值取值分別為 與 區(qū)間的整數(shù)。對兩個序列進一步處理得到遍歷 的序列 與遍歷 的序列 ，用這兩個序列作為置亂矩陣fm的行地址和列地址，對原圖像進行置亂。
2、基于混沌的像素值置亂算法
設f代表大小為M×N，有L個灰度級的圖像。選定一維混沌系統(tǒng)，并將其初始值x（0）作為加密密鑰，通過該混沌系統(tǒng)產(chǎn)生混沌序列 ，并將其量化為二值隨即序列 。將得到的序列 與原始圖像數(shù)據(jù)按比特位進行異或得到加密圖像f’。原始圖像的像素點f（x，y）（0≤x≤M-1，0≤y≤N-1），對應于加密圖像的像素點f（x’,y’）。
3、混沌鏡像加密算法
設f代表大小為M×N，通過混沌系統(tǒng)產(chǎn)生混沌序列 ，并將其量化為二值序列 ，各比特位與原圖各像素點相對應。將原圖劃分為上下兩部分，當上半部分圖像像素對應的比特位為“1”時就與下半部圖像對應像素交換位置，當對應的比特位為“0”時，圖像像素位置保持不變。為了提高加密程度，應該在置亂前應用其他方式對圖像進行劃分，然后進行置亂。該加密算法的密鑰為混沌系統(tǒng)的初始值x（0），解密過程中選用相同的混沌系統(tǒng)為初值，然后按照相反步驟對加密圖像進行鏡像置換操作即可恢復原始圖像。
