Arnold变换的周期性与安全性分析

Arnold变换是通信安全中数字图像置乱技术之一。该文分析了Arnold变换的周期性,探讨了其周期性与安全性之间的关系,提出了一种有效克服其周期性的实现方法,其基本思想是将图像的所有像素分成多组,每组采用不同的参数进行置乱,实验表明用该置乱后的图像不再出现周期性现象,可有效提高Arnold变换及其推广的安全性。     

基于Arnold逆变换的图像置乱恢复算法

针对Arnold变换图像置乱恢复,目前常用的方法有利用Arnold变换的周期性和利用反变换两种.提出一种新的基于Arnold逆变换的置乱恢复方法,该方法将Arnold变换矩阵的逆矩阵作为置乱恢复过程中的变换矩阵,同时,把二维逆变换推广到了m维的情形,并在此基础上,统一了Arnold变换和Arnold逆变换的形式.实验对三种方法的性能进行了比较,结果表明,对于已应用Arnold变换进行预处理的置乱图像,算法无须计算变换周期,无须讨论方程式即可快速实现图像的置乱恢复.     

基于变形分数阶Lorenz混沌系统的图像加密算法

提出一种基于变形分数阶Lorenz混沌系统并且结合频域Arnold置乱的图像加密算法，使用离散小波变换对图像进行多次滤波，置乱选取有参数的Arnold映射克服了周期性影响，采用非等长Arnold置乱解决了对明文图像尺寸的限制问题。密钥生成使用安全哈希算法SHA-256,分别产生置乱阶段和扩散阶段的密钥，增强了系统的抗差分攻击能力。性能仿真结果表明，提出的加密算法密钥空间大、密钥敏感性高、密文统计直方图分布均匀、相邻像素相关性低、信息熵接近于理想值、抗差分攻击能力强，具有较高的安全性。     

三维不等长Arnold变换及其在图像置乱中的应用

传统的二维Arnold变换和三维Arnold变换在图像置乱过程中仅能改变图像的像素位置,导致图像置乱效果不理想.为此,利用二维等长Arnold变换构造三维等长Arnold变换的原理,将二维不等长Arnold变换及其反变换进行推广,得到了一种三维不等长Arnold变换及其反变换的算法.该算法将平面图像一一映射为立体空间二值图像,对其像素位置的置乱和恢复间接地改变了平面图像的像素位置和像素值大小;并采用小波多级分解和信息论相结合的方法实现了图像置乱效果的评价.实验结果表明,采用文中算法是可行的,对于图像置乱结果的评价与人的视觉感知基本相符.     

基于二维Arnold变换的图像双置乱算法

Arnold变换在图像置乱中具有较为广泛的应用。对Arnold变换矩阵在图像置乱中的应用进行了分析,并在此基础上提出了基于二维Arnold变换的双置乱算法,其中将二维Arnold变换同时用于位置置乱和灰度置乱,既改变了图像的纹理信息又改变了图像的统计信息。实验结果表明,该算法简单、安全,在少量的置乱迭代次数下即可达到较好的置乱效果。     

一种新的基于混沌的彩色图像加密算法

提出一种使用传统的Cat映射与混沌序列结合的方法对彩色图像进行置乱扩散加密,克服了Cat映射周期性与易受选择明文攻击的缺陷。算法使用了Logistic映射和Chebychev映射。首先利用Chebychev映射的平衡性产生密钥,控制Logistic映射的参数,产生多个不同参数的Logistic序列;再用Logistic序列控制图像置乱的范围,使用Lorenz系统得到每次Arnold变换的密钥和置乱次数。置乱完成后,再使用Lorenz系统控制扩散时操作的变量。实验仿真表明:该算法对图像有比较好的置乱扩散效果,克服了Cat映射缺点,并且具有很大的密钥空间,能够高质量加密图像并抵抗常见的攻击。     

计算Arnold变换周期的新算法

Arnold变换的周期在图像置乱、图像水印和信息隐藏中具有重要的应用.为了更有效地进行图像置乱等操作,同时,为了进行Arnold变换在图像置乱等安全性的研究,需要更深入和全面地研究Arnold变换的周期及其规律性.为寻找更快地计算Arnold变换周期的新算法,应用迭代Arnold变换矩阵与Fibonacci序列之间的关系,建立了通过Fibonacci数特征计算Arnold周期的定理.根据该定理,提出了快速计算Arnold变换周期的新算法.实验结果表明,新算法与原算法相比在计算Arnold变换周期方面,速度有了很大提高.因此,新算法适用于快速计算Arnold变换的周期和用于图像置乱等操作.另一方面,所建立的定理在理论上也是有价值的.     

基于Arnold cat变换的图像位置均匀置乱算法

图像置乱算法Arnold cat变换存在密钥量小和通用性差的缺点,为此,从图像置乱的实质出发,提出均匀置乱的概念,并对Arnold cat变换进行了改进,提出图像位置均匀置乱算法。实验结果表明,新算法密钥量显著提高,置乱效果理想,同时可以抵抗剪切攻击。     

基于伪随机序列的Arnold加密算法

Arnold变换是一种经典的图像置乱算法。由于其具有周期性,导致密钥量不够。提出了一种改进的Arnold变换方法,即引入伪随机序列并利用安全哈希算法产生随机参数序列,将数字图像分块,并对每个块图像分别进行Arnold变换,最终得到一幅置乱图像。该算法有效地增加了密钥量,可以克服通过穷举分析等手段进行的攻击,增加了图像的安全性。     

基于Arnold变换的图像分存加密方法

为提高图像分存加密的安全性,提出一种将置乱加密、分存技术和像素扩散相结合的分存加密方法。首先,利用一维Logistic混沌映射产生Arnold变换的参数;其次,利用变参数的二维Arnold变换对图像进行像素位置置乱;最后,利用变参数的三维Arnold变换对置乱后图像进行像素值扩散并分存为两幅图像。实验结果表明,该方法的外部密钥敏感度较强,具有良好的雪崩效应,能够有效地抵抗明文和差分等攻击,且解密密钥与明文图像紧密相关。