基于改進(jìn)的Logistic混沌映射彩色圖像加密算法-論文.pdf

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1、第27卷第2期河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)V0I．27．No．22015年6月JOURNALOFHENANINSTITUTEOFENGINEEINGJun．2015基于改進(jìn)的Logistic混沌映射彩色圖像加密算法黃碩(信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，河南信陽464000)摘要：針對(duì)彩色圖像加密算法需滿足加密速度快、Kerckhof原則、密鑰空間大、解密保真度高這4個(gè)基本要求，提出了一種改進(jìn)的具有較大密鑰空間的Logistic混沌映射來產(chǎn)生混沌密碼序列并在序列異或加密算法上進(jìn)行改進(jìn)，通過實(shí)驗(yàn)仿真，從直方圖、加密效果評(píng)價(jià)參數(shù)、

2、抗剪裁、抗噪聲、相關(guān)性、密鑰空間大小等方面進(jìn)行了加密效果分析，結(jié)果表明該算法可以實(shí)現(xiàn)快速地對(duì)圖像數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)加解密．關(guān)鍵詞：彩色圖像；加密算法；Logistic混沌映射；異或；加密效果中圖分類號(hào)：TP339文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1674—330X(2015)02—0063—05圖像加密是保護(hù)圖像安全的一種直接有效的手段，眾多學(xué)者對(duì)圖像加密技術(shù)做了大量研究并取得了豐富的成果，如基于現(xiàn)代密碼體制的圖像加密、基于矩陣變換的圖像加密、基于混沌的圖像加密、基于分存的圖像加密、基于頻域的圖像加密、基于SCAN語言的圖像加密和基于DNA計(jì)

3、算的圖像加密等?．針對(duì)彩色圖像加密設(shè)計(jì)，需要考慮以下四點(diǎn)基本要求：加解密速度快、Kerckhof原則、密鑰空間大、解密保真度高．根據(jù)這四點(diǎn)基本要求，在不需要壓縮加密的前提下，應(yīng)該盡量選擇在RGB色彩模型空間或空域上進(jìn)行，并綜合考慮運(yùn)行速度、抗攻擊能力、密鑰空間大小、抗噪聲及抗剪裁能力等因素來設(shè)計(jì)加解密算法．因此，針對(duì)密鑰情況提出了一種改進(jìn)的、具有較大密鑰空間的Logistic混沌映射來產(chǎn)生混沌密碼序列；針對(duì)加密算法在序列異或加密算法上進(jìn)行改進(jìn)，以避免單純異或加密的缺點(diǎn)，同時(shí)又保留了加解密速度快的優(yōu)點(diǎn)；針對(duì)加密效果，通過實(shí)驗(yàn)仿真，

4、并從直方圖、加密效果評(píng)價(jià)參數(shù)、抗剪裁、抗噪聲、相關(guān)性、密鑰空間大小等方面進(jìn)行了深入分析．1傳統(tǒng)的tic算法分析Logistic映射方程來自現(xiàn)實(shí)中的人口統(tǒng)計(jì)，是典型的非線性用來描述混沌狀態(tài)的方程，能夠簡單地表現(xiàn)混沌運(yùn)動(dòng)的一般特征．傳統(tǒng)單一性的Logistic算法過程如下：①挑選恰當(dāng)?shù)腖ogistic方程生成密鑰序列的算法；②輸入作為加解密初始密鑰的初值；③從目前所處的軌跡啟動(dòng)迭代程序；④形成混沌運(yùn)動(dòng)的實(shí)數(shù)序列，將這些序列轉(zhuǎn)化為方便處理的二進(jìn)制序列；⑤將其中某部分的明／密文選為帶加／解密明文；⑥用異或運(yùn)算來處理所得到的二進(jìn)制序列與當(dāng)

5、前的待加密明3c．／待解密密文，結(jié)果為密／明文序列；⑦將目前運(yùn)算的行蹤作為下一次加／解密的初始密鑰；⑧對(duì)加／解密是否完成進(jìn)行判斷，沒有完成則返回到第③步；⑨加／解密完成．傳統(tǒng)的Logistic加密算法方便快捷、便于實(shí)現(xiàn)，并且由于混沌系統(tǒng)本身對(duì)初值比較敏感，又有隨機(jī)性，這使得傳統(tǒng)的Logistic算法具有一定的安全性。但是，傳統(tǒng)的Logistic算法缺點(diǎn)也非常明顯，主要有以下幾點(diǎn)：(1)通過試驗(yàn)總結(jié)出來的混沌序列的周期、偽隨機(jī)性和復(fù)雜性，很難保證這些參數(shù)都足夠高；(2)為了保證一樣的周期，混沌函數(shù)內(nèi)部所使用的存儲(chǔ)器數(shù)目是寄存器的兩

6、倍；(3)混沌序列發(fā)生器使用的是有限精度器，有限的精度是實(shí)際應(yīng)用混沌序列的一大障礙．其中，缺陷(3)非常突出，故基于此對(duì)傳統(tǒng)的Logistic系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)．收稿日期：2015—01—15基金項(xiàng)目：河南省高新領(lǐng)域科技攻關(guān)項(xiàng)目(112102210233)作者簡介：黃碩(1979一)，男，河南信陽人，講師，碩士，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)研究第2期黃碩：基于改進(jìn)的Logistic混沌映射彩色圖像加密算法·67·5加密過程中的注意事項(xiàng)和對(duì)比5．1注意事項(xiàng)(1)在改進(jìn)的方法中，對(duì)進(jìn)行擾動(dòng)，使它不再是一個(gè)定值，這樣增大了密鑰空間并提高了Logis

7、tic的混沌度，使得混沌系統(tǒng)的相關(guān)信息不易被暴露，提高了安全度；(2)經(jīng)過改進(jìn)之后，對(duì)，Y，Z進(jìn)行處理，在統(tǒng)計(jì)過程中每個(gè)值都出現(xiàn)了一次，這說明在迭代的過程中，沒有出現(xiàn)同樣的，Y，，這解決了單純的Logistic映射的有限精度所導(dǎo)致的周期循環(huán)問題；(3)彩色圖像加密算法設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下四點(diǎn)基本要求：加解密速度快、Kerckhof原則、密鑰空間大、解密保真度高．5．2算法比較隨機(jī)性檢驗(yàn)對(duì)傳統(tǒng)的算法和改進(jìn)后的算法做一些隨機(jī)性的比較，結(jié)果見表2．表2傳統(tǒng)算法與改進(jìn)算法隨機(jī)性檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)比Tab．2Theeomparisonofrandomn

8、essoftraditionalalgorithmandimprovedalgorithmtestresults由表2可知，改進(jìn)后的Logistic算法通過了隨機(jī)性檢驗(yàn)試驗(yàn)，在產(chǎn)生密鑰序列的隨機(jī)性方面，與傳統(tǒng)的Logistic算法相比得到了明顯提高，增強(qiáng)了改進(jìn)算