基于混沌细胞自动机的图像加密算法

提出了基于耦合混沌和触发细胞自动机的图像加密算法。首先用耦合混沌系统对图像进行加密,然后用耦合二维细胞自动机再次加密,最后用混沌序列对图像进行置乱。加密过程中同时运用了分组加密和流加密方法。仿真实验结果表明,该加密算法实现简单,扩散和混淆效果比较理想,有较强的抗攻击能力,具有良好的加密效果。     

基于混沌序列和分组密码的数字图像置乱技术

给出了一种全新的数字图像置乱方案,其中混沌序列用于给出分组密码算法的初始密钥,分组密码采用以换位变换为核心的ZF-02分组密码算法.该算法的优点是能够很好地抵抗线性、差分等多种攻击,又易于软、硬件实现.     

基于Hash函数和多混沌系统的图像加密算法

为了实现对数字图像的有效保护,提出一种基于Hash函数和多混沌系统的图像加密算法.该算法通过像素置乱、灰度置乱及灰度扩散实现图像加密.在像素置乱过程中,采用Lorenz混沌系统和Hash函数构造置乱序列,而在灰度置乱过程中,基于多表代替密码理论和Logistic混沌系统,提出了一种图像灰度置乱方法,并对灰度进行扩散.理论分析和仿真实验结果表明,该算法具有高的安全性能,在抵抗统计攻击、差分攻击、穷举攻击和选择明文攻击方面都具有良好的性能.     

一种基于超混沌系统的双图关联加密算法

针对现存混沌图像加密算法中存在系统安全性不高、无法抵御明文攻击、加密图像相互独立、效率低等问题,提出了一种基于超混沌系统的双图关联加密算法。首先根据明文图像,由超混沌系统产生与之相关的混沌随机矩阵,对明文图像进行深度扩散;选取其中一幅图像进行明文关联的置乱操作与快速比特扩散生成密文◢c▼1▽;之后对剩余图像进行自适应关联比特操作生成密文c▼2▽,完成双图关联的图像加密。实验结果与仿真分析表明,该算法不仅具有更高的效率与更强的抗明文攻击能力,而且仅由一幅密◣文不能得到与之相应的明文图像,安全性更高,具有良好的应用场景。     

一个基于混沌系统的动态换位加密方案

在对换位加密技术研究的基础上,提出了一个基于混沌系统的动态换位加密方案。该方案通过二进制数据转换、数据替换及动态换位等加密步骤,很好地实现了明文的混淆与扩散。与传统的换位加密相比,新方案不仅有较大的密钥空间,而且产生的换位序列具有很强的随机性。理论分析及实验结果表明,给出的新方案可以抵抗多种已知的密码攻击,克服了传统换位加密技术的弱点,具有较高的安全性。     

Image scrambling based on chaotic sequences and Veginère cipher

Digital image scrambling is commonly used for image data security. This paper proposes an image scrambling algorithm based on chaos theory and Vigenère cipher. The scrambling process is performed on the grey level of each pixel by sorting the chaotic sequence as Vigenère cipher, then the pixel positions are shuffled by accompanied chaotic sequence. The new scheme avoid discretization of chaotic sequence, therefore there is no requirement of probability density function of the chaotic orbits. The simulation and experiments validate the effectiveness and efficiency of the proposed new algorithm.     

混沌映射和流密码结合的图像加密算法仿真

为了有效改进彩色图像加密的效果和安全性,在对采用混沌映射的图像加密算法研究的基础上,提出一种结合混沌映射和流密码的彩色图像加密算法。加密过程采用置乱-扩散结构:在置乱阶段首先根据输入图像初始化Kent混沌系统,再利用Kent混沌系统生成ZUC-256流密码算法的初始密钥和初始向量,ZUC-256算法随后生成随机序列对彩色图像进行R、G、B三轮像素值置乱。在扩散阶段同时使用Kent混沌系统和ZUC-256流密码算法生成的随机序列对输入图像的像素值进行扩散。仿真结果显示,提出的算法具有加密算法简单、密钥空间大等特点,能较好地抵抗差分分析攻击、统计特性攻击。     

新的基于双混沌系统和压缩感知的图像加密算法

Image encryption technology plays an important role in today’s multimedia applications and Internet information security transmission. However, most image encryption algorithms still have problems, for example, cipher images occupied high bandwidth during transmission, image encryption speed is slow, image encryption algorithms are not associated with plain image, and there is no complete ciphertext feedback mechanism. These prob-lems all affect the security and easy use of image encryption algorithms. In order to solve the above problems, the compressive sensing technology and chaotic system were studied, and a new image encryption algorithm based on double chaotic system and compressive sensing with plaintext association was proposed. The plaintext image association key was used to associate the plain image hash value with the Logistic chaotic system parameters. Discrete wavelet transform, was used to sparse the plain image. Then the random measurement matrix was generated by the Logistic chaos system, and the image was encrypted once by combining the compressive sensing technique and the random measurement matrix to obtain the intermediate image. The intermediate image was hashed again, and the Rucklidge chaos system initial value was associated with the plain image hash value together. The Rucklidge chaotic system and encryption algorithm were used to control the intermediate image for secondary encryption and accord-ingly obtain the cipher image. The encryption algorithm was a new plaintext correlation encryption algorithm, which used the image’s own pixel value to control the scrambling of the intermediate image. It also enhanced the plaintext association and established a ciphertext feedback mechanism. Simulation results and performance analysis show that the algorithm has good encryption performance. The encrypted image can be compressed according to the compres-sion ratio, effectively reducing the size of the cipher image. Moreover, it is resistant to common attacks such as known plaintext attack, selective plaintext attack and differential attack, which is better than other common image encryption algorithms. © 2022, Beijing Xintong Media Co., Ltd.. All rights reserved.     

二维离散分数阶Fourier变换的双混沌图像加密算法

针对现今分数阶Fourier变换和传统混沌加密的不足,提出了一种基于二维离散分数阶Fourier变换的双混沌图像加密算法。该算法首先借助明文图像信息生成辅助密钥矩阵与输入密钥相结合得到混沌序列,再将生成的中间密文作为二维离散分数阶Fourier变换输入,最后进行置乱操作,使得明文信息得到很好的隐藏。通过实验仿真表明,该算法不仅能有效抵抗统计特征攻击、差分攻击,而且大大改善经传统分数阶Fourier变换后直方图像不平滑的缺点,达到很好的加密效果。     

基于混沌映射的图像Contourlet编码加密算法

针对图像Contourlet多级树集合分裂编码的安全性问题,利用混沌密码设计了一种新的图像加密算法。使用具有良好随机性、安全性的混沌映射构造置乱数组和混沌密钥流对图像进行加密,由两个步骤组成：基于有序扫描表的快速置乱算法;基于编码扫描输出比特的异或加密算法。经实验验证,该算法能对图像视觉内容达到良好的掩密效果,具有密钥敏感度高、加密速度快、安全性高的优点。     

混沌映射与比特重组的图像加密

目的 当前很多图像加密都采用基于比特的加密算法。针对这种比较流行的加密算法所存在的安全缺陷问题,提出一种能够解决比特面0比特和1比特置乱时的位置限制的图像加密算法,实现比特的全局重组。方法 首先利用Tent混沌映射生成一个伪随机序列,然后利用生成的伪随机序列对比特明文图像进行整行以及整列的置乱,将置乱后的比特像素矩阵分块分别进行Henon映射的置乱,最后经过扩散操作得到最后的密文图像。结果 加密后明文图像的像素值的分布由不均匀变成了均匀分布,明文图像的各像素间的相关性被打破,使得原图没有了统计特性,像素变化率（NPCR）以及归一化平均变化强度（UACI）皆接近理想值,算法能够抵抗穷举攻击和差分攻击,并且在能保证加密安全的同时能有较低计算复杂度。结论 本文所提出的图像加密算法具有加密后像素相关性低、密钥空间大,以及对明文图像和密钥高度敏感等特点,本文算法在进行比特级的置乱时,又加入了与明文相关的特性,增强了加密算法的明文敏感性,同时也加强了加密算法的扩散性,可有效地保障密文图像的安全。     

复合级联混沌的彩色图像加密算法

分析了目前基于混沌系统的彩色图像加密算法,其中发现在混沌彩色图像加密过程中安全性方面的不完善,并在此基础上提出了一种新型的基于级联混沌的多重像素置乱彩色图像加密算法。该算法采用了Kent-Logistic的级联混沌与Henon离散混沌的复合系统,同时结合Arnold映射和像素排列切割的多重像素置乱方法,使得图像像素值和像素位置全盘置乱扩散,从而达到明文图像信息完全隐藏的密文效果。仿真实验表明,该算法不仅能有效抵抗选择明文（密文）攻击、统计特性分析、差分攻击,而且还具有加密效果好、密钥空间大等优点。     

Cryptanalyzing an image encryption algorithm based on scrambling and Veginère cipher

Recently, an image encryption algorithm based on scrambling and Veginère cipher has been proposed. However, it was soon cryptanalyzed by Zhang et al. using a method composed of both chosen-plaintext attack and differential attacks. This paper briefly reviews the two attack approaches proposed by Zhang et al. and outlines their mathematical interpretations. Based on these approaches, we present an improved chosen-plaintext attack to further reduce the number of chosen-plaintexts required, which is proved to be optimal. Moreover, it is found that an elaborately designed known-plaintext attack can efficiently compromise the image cipher under study. This finding is confirmed by both mathematical analysis and numerical simulations. The cryptanalyzing techniques developed in this paper provide some insights for designing secure and efficient multimedia ciphers.     

基于快速混沌置乱的鲁棒型医学图像加密算法

针对现有基于混沌的医学图像加密算法的鲁棒性和效率不足,提出了一种基于快速混沌置乱的鲁棒型医学图像加密算法RMIEF-CS。算法利用两个低维的混沌系统交替迭代产生混沌序列,较好地解决了由于计算机精度有限而带来的混沌收敛问题;然后利用生成的混沌序列对图像明文数据流进行第一次置乱加密,对得到的密文采用新的混沌序列进行再次置乱得到最终密文。置乱过程中引入双向密文反馈机制增加算法的安全性和鲁棒性;算法利用低维的混沌系统生成密钥,在置乱过程中无需耗时的排序操作,并适合于任何形状的图像,具有较好的时间效率和通用性。通过仿真实验验证了RMIEF-CS具有较好的加密性能,并能在密文受损情况下解密出原始医学图像的近似版本。另外,RMIEF-CS比基于均匀置乱和混沌映射的加密方法在时间效率上提高6倍左右,因而能适用于大数据量的医学图像实时保密传输。     

一种新的基于双混沌系统的图像加密方案

提出了一种新的基于双混沌系统的图像加密方案。把Chen’s系统和Logistic映射结合起来产生随机性更加良好的三维混沌密钥序列,并从密钥序列中通过采样提取出新的用于加密的序列。提出了图像置乱算法和替代加密算法,利用Logistic映射产生的一维混沌序列来实现像素位置的置乱,像素值加密算法采用按分组进行加密和二次加密来对像素值进行加密。通过实验测试表明：算法具有良好的像素值混淆和扩散性能,有较强的抗统计攻击的能力和足够大的密钥空间,加密图像像素值具有类随机均匀分布特性,且相邻像素具有零相关特性。这些结果表明了所提出方案有很高的安全性。     

基于离散Hopfield网络的混沌图像加密算法

混沌图像加密算法在进行图像像素值置乱时,大多采用像素值整体处理的方式,因此难以抵抗已知明文攻击。针对该情况,提出一种基于离散Hopfield网络的高维混沌图像加密算法。使用R?ssler三维混沌序列中的两维动态调整所有像素每个比特位的置乱权值及阈值,实现图像像素值置乱,剩下的一维用于图像像素位置置乱,由此提高破译难度。实验结果表明,该算法可抵抗差分攻击和统计分析,鲁棒性较强。     

基于复合混沌的鲁棒型医学图像加密算法

当前单一混沌图像加密算法的图像置乱程度低,导致加密结果易受到已知明文攻击,存在安全性低的问题。本文提出基于复合混沌的鲁棒型医学图像加密算法。设置图像密文反馈机制作为算法实现的理论支持,并读取鲁棒型医学原始图像。根据混沌模型的建立条件,构建复合混沌模型。选择Logistics混沌映射,生成复合混沌序列并进行多次迭代后,置乱加密鲁棒型医学初始图像像素值并进行替换与扩散,生成对应的密钥,从而实现鲁棒型医学图像的加密。通过与传统加密算法的对比,本文方法的置乱位数增加了886位,即置乱程度提升了8.7%,且明密文序列相关性较低、抗明文攻击能力较强,实验结果表明该鲁棒型医学图像加密算法的安全性较高。     

Efficient experimental design of high-fidelity three-qubit quantum gates via genetic programming

We have designed efficient quantum circuits for the three-qubit Toffoli (controlled–controlled-NOT) and the Fredkin (controlled-SWAP) gate, optimized via genetic programming methods. The gates thus obtained were experimentally implemented on a three-qubit NMR quantum information processor, with a high fidelity. Toffoli and Fredkin gates in conjunction with the single-qubit Hadamard gates form a universal gate set for quantum computing and are an essential component of several quantum algorithms. Genetic algorithms are stochastic search algorithms based on the logic of natural selection and biological genetics and have been widely used for quantum information processing applications. We devised a new selection mechanism within the genetic algorithm framework to select individuals from a population. We call this mechanism the “Luck-Choose” mechanism and were able to achieve faster convergence to a solution using this mechanism, as compared to existing selection mechanisms. The optimization was performed under the constraint that the experimentally implemented pulses are of short duration and can be implemented with high fidelity. We demonstrate the advantage of our pulse sequences by comparing our results with existing experimental schemes and other numerical optimization methods.     

像素位置与像素值双重置换的混沌加密算法

提出了一种数字图像像素位置与像素值双重置换的混沌加密算法,对常用的基于混沌的数字图像加密技术进行了改进,利用Logistic混沌映射对数字图像像素位置进行置换加密,然后再次利用Logistic混沌映射对数字图像像素值进行置乱,从而达到对像素位置和像素值双重加密的效果。仿真实验表明：其加密效果优于利用Logistic混沌序列对数字图像像素点置乱的加密技术。     

一种基于交叉混沌序列的图像加密算法

当前研究的混沌加密算法大都是基于单级混沌系统或低维的混沌加密技术,而这些混沌映射的密钥空间太小,可以轻易地被破译,它们还不算具有严格密码学意义上的保密性。文中提出了一种利用Logistic映射与Chebyshev映射作为2个混沌发生器的算法,在这种交叉混沌映射的图像算法中,不仅通过加密矩阵对图像像素进行灰度置乱,而且根据离散映射生成相应的符号矩阵和置换矩阵。实验结果证明了该算法实现简单,计算量小,且图像的解密结果对混沌序列的初始值有较强的依赖性,安全性高,同时也证明了给出的图像置乱度能更好地反映图像加密前后的视觉差别和加密效果。