一種結(jié)合混沌密碼理論的彩色圖像水印算法

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1、一種結(jié)合混沌密碼理論的彩色圖像水印算法摘要文章提出一種集混沌加密技術(shù)，小波變換，擴(kuò)頻技術(shù)為一體的彩色圖像水印算法。該算法先將水印信息通過混沌序列加密，再進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制弱化水印信息，然后在彩色載體圖像綠色分量上進(jìn)行小波變換，利用人類視覺模型(HVS)特性，在低頻系數(shù)上嵌入處理后的水印信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和攻擊測試表明，該算法具有很好的魯棒性以及安全性?！　￡P(guān)鍵詞擴(kuò)頻；魯棒性；盲水??；混沌序列；小波變換；加密技術(shù)1引言　如何有效的保證數(shù)字化信息的機(jī)密性、完整性、可用性、可控性和不可抵賴性是當(dāng)前信息安全技術(shù)研究領(lǐng)

2、域亟待解決的課題?！∧壳埃瑖H上正在探討使用一些非傳統(tǒng)的方法進(jìn)行信息加密與隱藏。為了保證水印信息可靠地通過載體傳送，一般用糾錯(cuò)碼(ECC)編碼[1]或M序列調(diào)制[2]。文獻(xiàn)[3]給出了一種基于混沌序列的圖像加密技術(shù)，以初始條件為密鑰生成混沌序列，并將它映射為2K值混沌序列；然后依據(jù)該序列隨機(jī)地修改圖像每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值。圖像的解密結(jié)果對混沌序列的初始值有較強(qiáng)的依賴性，安全性較高。圖表1水印嵌入流程圖　實(shí)際上，基于混沌理論的保密通信、信息加密和信息隱藏技術(shù)的研究已成為國際非線性科學(xué)和信息科學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域交

3、叉融合的熱門前沿課題之一，也是國際上高科技研究的一個(gè)新領(lǐng)域。盡管已有許多混沌加密方案的提出，但混沌密碼學(xué)的理論還未完全成熟，混沌密碼學(xué)的研究仍然是一個(gè)新的具有挑戰(zhàn)性的前沿課題。基于上述原因，本文提出了一種基于混沌理論的信息加密的彩色圖像水印算法，該算法以混沌理論為基礎(chǔ)，利用初始密鑰生成相應(yīng)的實(shí)數(shù)值混沌序列，對二值水印圖像加密，然后采用擴(kuò)頻技術(shù)調(diào)制擴(kuò)頻以弱化水印信息。對宿主圖像綠色分量進(jìn)行小波變換，將水印信息嵌入位置選擇在能量比較集中的低頻系數(shù)部分，水印提取時(shí)需要密鑰。由于該算法采用了多重加密，所以安

4、全性非常好，并能夠有效的抵抗噪聲攻擊和剪切攻擊和高斯低通濾波攻擊，具有較強(qiáng)的魯棒性。圖表2水印提取流程圖2混沌系統(tǒng)原理　混沌現(xiàn)象是在非線性動(dòng)力系統(tǒng)中出現(xiàn)的確定性的、類似隨機(jī)的過程，這種過程既非周期又不收斂，并且對切始值有極其敏感的依賴性，一維離散時(shí)間非線性動(dòng)力系統(tǒng)定義如下：（1.1）　其中,xk∈P，k=0,1,2,3…，我們稱其為狀態(tài)。而θ:P→P是一個(gè)映射，將當(dāng)前狀態(tài)xk映射到下一個(gè)狀態(tài)xk+1。如果我們從一個(gè)初始值x0開始，反復(fù)應(yīng)用θ，就得到一個(gè)序列{xk;k=0,1,2,3…..}。該序列稱

5、為該離散時(shí)間動(dòng)力系統(tǒng)的一條軌跡。一類非常簡單卻被廣泛研究的動(dòng)力系統(tǒng)是logistic映射，其定義如下：　　　　　　　　　（1.2）　　其中，0≤υ≤4稱為分枝參數(shù)，xk∈(0,1)。混沌動(dòng)力系統(tǒng)的研究工作指出，當(dāng)3.5699456…<μ≤4時(shí)，logistic映射工作于混沌態(tài)。也就是說，由初始條件x0在logistic映射的作用下所產(chǎn)生的序列{xk;k=0,1,2,3…..}是非周期的、不收斂的并對初始值非常敏感。另一類簡單的映射是Chebyshev映射，以階數(shù)為參數(shù)。k階Chebyshev映

6、射定義如下：　　　　　　　　　　　（1.3）　　其中xk的定義區(qū)間是(-1，1)。事實(shí)是通過簡單的變量代換，logistic映射同樣可以在區(qū)間(-1,1)上定義。其形式如下:　　　　　　　　　其中λ∈[0,2]　（1.4）　　在λ=2的滿射條件下,logistic映射與Chebyshev映射是拓?fù)涔曹椀?，其所生成的序列的概率分布函?shù)PDF也是相同的:　　　　　　　　　　　　　（1.5）　　對于公式（1.2）形式的logistic映射，如果μ=4,PDF可以改寫為：　　　　　　　　　　　（1.6）　通

7、過ρ(x)，我們可以很容易地計(jì)算得到logistic映射所產(chǎn)生的混沌序列的一些很有意義的統(tǒng)計(jì)特性。例如，x的時(shí)間平均即混沌序列軌跡點(diǎn)的均值是：　　　　　　　　　　?。?.7）　　關(guān)于相關(guān)函數(shù)，獨(dú)立選取兩個(gè)初始值x0和y0，則序列的互相關(guān)函數(shù)為：　　　　　　　　　（1.8）　　其中pdfρ(x,y)=ρ(x)*ρ(y)。　　而序列的自相關(guān)函數(shù)ACF（auto-correlationfunctions）則等于delta函數(shù)δ(l)。這正是我們所需要的?！ogistic序列的以上特性表明，盡管混沌動(dòng)力系

8、統(tǒng)具有確定性，其遍歷統(tǒng)計(jì)特性等同于白噪聲，其具有形式簡單，初始條件的敏感性和具備白噪聲的統(tǒng)計(jì)特性等諸多特性。3擴(kuò)頻原理　　數(shù)字水印技術(shù)的研究大約始于1994年，早期的算法強(qiáng)調(diào)水印的不可見性而忽視水印的健壯性，這些算法的理論基礎(chǔ)主要源自統(tǒng)計(jì)學(xué)和圖像編碼、處理領(lǐng)域。擴(kuò)頻技術(shù)的運(yùn)用標(biāo)志著水印技術(shù)的重大進(jìn)步。擴(kuò)頻技術(shù)起源于通信系統(tǒng)，最早只是用于軍用通信系統(tǒng)、制導(dǎo)系統(tǒng)等軍用系統(tǒng)，它的理論基礎(chǔ)于信息論和抗干擾理論。香農(nóng)（Shannon）在其信息論中得到有名公式：