基于組合混沌和位運算的圖像加密算法

浩 明

（西安郵電大學 通信與信息工程學院，陜西 西安710121）

引言

隨著網絡和多媒體技術的發展和普及，圖像等多媒體數據的安全問題日益引起人們的關注。由于數字圖像具有冗余度高、數據量大、數據相關性強等特點，采用傳統的加密方式進行加密將導致加密速度慢、實時性差等缺點。如何結合數字圖像的特點設計有效的數字圖像加密算法成為信息安全領域的一個研究熱點。混沌系統具有初值敏感性、非周期性、非收斂性、偽隨機性等良好的密碼學特性，是非線性確定系統。由于內在隨機性而產生的外在復雜表現，是一種貌似隨機的非隨機現象。混沌系統的這些特點使其被廣泛應用于數據加密技術［1－7］。當前，基于混沌的數字圖像加密方式主要包括基于置亂的加密技術、基于灰度替換的加密技術和基于混合迭代結構的圖像加密技術［8－11］。其中基于像素位置置亂的加密算法雖然可以達到對圖像加密的目的，但其安全性較差，無法滿足實際需求。由于僅通過像素位置置亂加密圖像的加密方式存在可恢復周期等安全隱患，研究者進一步提出了將像素位置置亂和灰度替代相結合的加密方式，這種混合迭代結構的加密方式可以有效提高算法的保密性。本文研究了基于混沌和位運算的圖像加密算法［12－18］，在此基礎上，給出了一種改進的基于組合混沌和位運算的圖像加密算法，該方法首先對灰度圖像進行位平面分解，通過對高四位分別進行置亂變換，再與低四位整體進行置亂變換，然后組合置亂后的位平面，并與二值矩陣進行異或運算得到密文圖像。……