數(shù)字圖像加密方法簡(jiǎn)析
admin 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放、共享性以及互聯(lián)程度的日益擴(kuò)大，互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)的重要性及其對(duì)社會(huì)的影響也越來(lái)越大。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的安全保密問(wèn)題也已成為日益嚴(yán)重的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。那么我們今天就來(lái)談?wù)剶?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(duì)于給定的正整數(shù)N，下列變換稱(chēng)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(duì)圖像的相空間進(jìn)行置亂，也能實(shí)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(shí)提出的一種變換，俗稱(chēng)貓臉變換。利用Arnold變換的周期性，即當(dāng)?shù)侥骋徊綍r(shí)將重新得到原始圖像，這使得很容易進(jìn)行圖像的加密與解密?；贏rnold變換，可以通過(guò)置亂圖像的位置空間或相空間兩種方式對(duì)圖像進(jìn)行加密。
設(shè)有單位正方形上的點(diǎn)（x，y），將點(diǎn)（x，y）變到另一點(diǎn)（x’,y’）的變換為
，此變換稱(chēng)為二維Arnold變換。
將二維Arnold變換應(yīng)用在圖像f（x，y）上，可以通過(guò)像素坐標(biāo)的改變而改變?cè)紙D像灰度值的布局。原始圖像可以看作一個(gè)矩陣，經(jīng)過(guò)Arnold變換后的圖像會(huì)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(shí)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(duì)論、量子力學(xué)并列為二十世紀(jì)的三大發(fā)現(xiàn)之一?；煦绲陌l(fā)現(xiàn)，為決定論和隨機(jī)論之間架起了一座橋梁，改變了人們以前對(duì)隨機(jī)性和確定性的認(rèn)識(shí)。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(shuō)過(guò)：一個(gè)好的混合變換疆場(chǎng)是由兩個(gè)簡(jiǎn)單的、不可交換的操作得到?；煦绾图用艿年P(guān)系如下表所示：
混沌和加密的對(duì)比
| 混沌性質(zhì) | 加密的性質(zhì) | 描述 |
| 遍歷性 | 混亂性 | 輸出具有類(lèi)似的分布狀態(tài) |
| 對(duì)參數(shù)敏感 | 對(duì)變換具有擴(kuò)散性 | 輸入引起輸出的改變 |
| 混合性 | 具有擴(kuò)散性 | 局部變化引起整個(gè)空間的變化 |
| 動(dòng)力系統(tǒng)確定性 | 偽隨機(jī)流確定性 | 系統(tǒng)產(chǎn)生偽隨機(jī)信號(hào) |
| 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 | 算法（攻擊）復(fù)雜 | 過(guò)程簡(jiǎn)單，結(jié)果復(fù)雜 |
1、基于混沌的像素位置置亂算法
設(shè)f代表大小為M×N的圖像，選定兩個(gè)混沌系統(tǒng)分別以初值x（0），y（0）產(chǎn)生兩個(gè)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(duì)兩個(gè)序列進(jìn)一步處理得到遍歷 的序列 與遍歷 的序列 ，用這兩個(gè)序列作為置亂矩陣fm的行地址和列地址，對(duì)原圖像進(jìn)行置亂。
2、基于混沌的像素值置亂算法
設(shè)f代表大小為M×N，有L個(gè)灰度級(jí)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(guò)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(jìn)行異或得到加密圖像f’。原始圖像的像素點(diǎn)f（x，y）（0≤x≤M-1，0≤y≤N-1），對(duì)應(yīng)于加密圖像的像素點(diǎn)f（x’,y’）。
3、混沌鏡像加密算法
設(shè)f代表大小為M×N，通過(guò)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(diǎn)相對(duì)應(yīng)。將原圖劃分為上下兩部分，當(dāng)上半部分圖像像素對(duì)應(yīng)的比特位為“1”時(shí)就與下半部圖像對(duì)應(yīng)像素交換位置，當(dāng)對(duì)應(yīng)的比特位為“0”時(shí)，圖像像素位置保持不變。為了提高加密程度，應(yīng)該在置亂前應(yīng)用其他方式對(duì)圖像進(jìn)行劃分，然后進(jìn)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(guò)程中選用相同的混沌系統(tǒng)為初值，然后按照相反步驟對(duì)加密圖像進(jìn)行鏡像置換操作即可恢復(fù)原始圖像。
