混沌加密是近年來興起的一個(gè)研究課題，基于混沌理論的保密通信、文件加密和信息隱藏技術(shù)的研究已成為國際上高科技研究的一個(gè)新領(lǐng)域，基于混沌理論的應(yīng)用也是我們目前一個(gè)熱議的話題，那么我們今天就來給大家談一下混沌加密圖像及其應(yīng)用。

一、混沌加密圖像原理

混沌序列密碼系統(tǒng)的加密端和解密端是兩個(gè)獨(dú)立的、完全相同的混沌系統(tǒng)，兩系統(tǒng)間不存在耦合關(guān)系。

明文信息在加密端加密后直接發(fā)往解密端，解密端可以在全部接收后再解密，也可以利用其他技術(shù)如線程同步等建立同步關(guān)系后進(jìn)行實(shí)時(shí)解密。此方法的安全性依賴于混沌信號的超長周期、類隨機(jī)性和混沌系統(tǒng)對初始狀態(tài)、系統(tǒng)參數(shù)的敏感性?；煦缧蛄忻艽a加密方法靈活多變，可以充分利用混沌信號的特性構(gòu)造復(fù)雜的加密函數(shù)。

二、混沌加密圖像方法

混沌加密圖像方法分為三種：灰度值替代、像素位置變換以及二者的結(jié)合。

灰度值替代是利用密鑰改變源圖像的灰度，可以逐點(diǎn)改變，也可以把源圖像分成幾塊，逐塊進(jìn)行替代操作，可以改變整個(gè)圖像的直方圖分布特性;

像素位置變換是改變源圖像中像素點(diǎn)的排列順序，僅改變圖像相鄰像素之間的相關(guān)性;

組合方法是加密過程中既有灰度值替代，又有像素位置的變換，既能改變圖像相鄰像素的相關(guān)性，又能改變圖像的直方圖分布。

三、混沌加密圖像的優(yōu)點(diǎn)

1、遍歷性

在有限區(qū)域內(nèi)，混沌軌道上的點(diǎn)可以任意接近，這使得對系統(tǒng)參數(shù)及初始條件的預(yù)測十分困難。

2、混合性

混沌軌道上術(shù)不規(guī)則性及系統(tǒng)局部擴(kuò)展，使得混沌系統(tǒng)的輸出類似于噪聲。

3、指數(shù)發(fā)散性

任意接近的兩點(diǎn)隨著迭代進(jìn)行都會指數(shù)發(fā)散。

正因?yàn)?如此，混沌系統(tǒng)既具有混合特性又具有擴(kuò)散特性，完全符合密碼學(xué)的要求。

四、混沌加密圖像的應(yīng)用

我們以經(jīng)典混沌映射Logistic映射為例來加密圖像，Logistic映射系統(tǒng)如下:

xn+1=uxn(1-xn)

1、像素值替代設(shè)計(jì)

生成長度為MXN(MXN為原始圖像的大小)的Logistic序列；將Logistic序列中每一個(gè)值取小數(shù)點(diǎn)后第6，7，8三位組成一個(gè)正整數(shù)Intkey，將Intkey與256取余得到一個(gè)字節(jié)的無符號整數(shù)，將這些無符號整數(shù)組成一個(gè)序列用作加密序列；將原始圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)逐點(diǎn)與加密序列中的值逐個(gè)進(jìn)行異或得到加密圖像。

2、像素位置置亂設(shè)計(jì)

生成兩個(gè)Logistic序列X，Y；將經(jīng)過圖像像素值替代設(shè)計(jì)后的圖像按下面的方法將位置(i,,j)按如下方法置換到新位置(i′,j′)；將每一個(gè)像素點(diǎn)都進(jìn)行置亂即完成圖像加密。

i′=(i+zoom×Xi)modM

j′=(j+zoom×Zj)modN

其中zoom為取值擴(kuò)展因子，如果取得的(i′,j′)與前面的相同，即舍掉重新生成，加上取值擴(kuò)展因子后，舍掉的值大大減少，加快了生成新坐標(biāo)的速度。

選擇Lenna圖像(64×64)，選擇密鑰參數(shù)分別為u=3.578，X0=0.2781，zoom=1000，將此方法用Mat2lab仿真，其仿真結(jié)果如下:

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，加密后的圖像沒有留下原圖的任何痕跡，而正確解密后的圖像與原圖像看不出差別，說明此方法加密效果良好；解密時(shí)僅當(dāng)一個(gè)參數(shù)密鑰改變0.000001時(shí)，解密結(jié)果截然不同于正確結(jié)果，說明密文對密鑰具有高度的敏感性。

由直方圖可知，加密前直方圖起伏很大且分布不均勻，加密后直方圖平坦、密文的灰度值呈均勻分布。這表明密文的像素值在[0,255]范圍內(nèi)取值概率均等，即對整個(gè)密文空間呈均勻分布特性；且密文的統(tǒng)計(jì)特征完全不同與明文的統(tǒng)計(jì)特征，明文的統(tǒng)計(jì)特性被擴(kuò)散到了密文的均勻分布中，大大降低了明密文的相關(guān)性。

混沌作為文件加密的偽隨機(jī)序列發(fā)生器，是可靠的，而且一維混沌系統(tǒng)(如logistic映射)具有形式簡單、產(chǎn)生的混沌時(shí)序時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，有著廣泛的應(yīng)用前景。但是一維混沌系統(tǒng)的隨機(jī)性有限，產(chǎn)生的密鑰空間太小，現(xiàn)在對具有多個(gè)指數(shù)的超混沌系統(tǒng)的研究越來越多，使用多混沌系統(tǒng)進(jìn)行加密可以成倍增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性。

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