基于混沌與私鑰的圖像加密技術

【摘要】 提出一種基于logistic混沌序列與私鑰圖像相結合的圖像加密技術。將待加密圖像與從100張私鑰圖像中隨機抽取出的圖像合成，進而利用混沌序列對其進行行、列置亂，保證了足夠大的密鑰空間，最后將程序轉化為具有易操作性與可移植性的加密軟件。實驗證明，該加密軟件應用便捷安全性較高。

【關鍵字】 logistic 混沌與私鑰 圖像加密

混沌加密技術是近年來發展較快的非線性科學的重要分支，因其具有非周期、連續寬頻帶、類噪聲和長期不可預測等特點，所以特別適用于保密通信等領域[1]。現有的混沌序列的研究是建立在統計分析上，或是通過實驗測試給出的，這難以保證其每個實現序列的周期足夠大，復雜性足夠高，因而不能讓人們放心地采用它來加密[2]。

本文提出一種基于logistic混沌序列與私鑰圖像相結合的圖像加密技術。加密算法的程序開發平臺為Matlab2012a，涉及計算機模擬環境為 Windows XP。借助于VC++版本的Matlab Compiler編譯器將程序轉化為具有易操作性與可移植性的加密軟件。

程序設計流程基本思路如下，引入100張私鑰圖像，通過序號對私鑰圖像進行身份識別，將密鑰圖像預處理后與待加密圖像合成，進而進行logistic映射置亂加密，從而得到加密圖像。為了增加加密程序的隱蔽性，將私鑰圖片存儲在移動存儲器（如u盤）上，在程序的設計上使用try……catch……語句，當能按照所設置路徑正確讀取到私鑰圖像時，啟動解密程序，否則顯示一張預設圖像。解密過程為加密過程的逆運算，其基本原理與加密過程一致。

Matlab所編程序都要在Matlab環境中運行，其操作較專業且可移植性較差，為此我們借助于Matlab自帶的編譯器Matlab Compiler將GUI程序中的.m文件與.fig文件進行封裝，轉換成exe文件。首先配置編譯器，我們選擇使用VC++6.0版本的編譯器；其次，安裝＼toolbox＼compiler＼deploy＼win32目錄下的MCRInstaller。最后，調用編譯器，輸入mcc-m filaname，filaname為要轉成exe文件的m文件。

最后，對該加密算法進行了安全性、實時性分析。首先，將本文所采用的加密算法應用于BMP圖像的解密效果如圖1。其中圖1（a）為正確解密圖像，1（b）為錯誤解密后圖像，1（c）為無私鑰圖像的解密圖像。

由圖1（a）可見，正確密鑰解密后的圖像是清晰的、正確的、沒有任何失真。圖1（b）顯示了用錯誤密鑰（僅將密鑰二改變0.01）解密后的圖像，圖像是模糊的、無法分辨的。圖1（c）則給出了一張清晰但與原始圖像毫不相干的圖像，該圖像具有一定的誤導性可很好的隱藏原始圖像。

第二、密鑰空間分析。在本文所涉及的加密算法中，兩個方程的參數和初始值都能作為密鑰。matlab默認的數據類型是雙精度（8個字節），數據具有16位有效數字，因此該算法的密鑰空間可以達到1064，再加上100張私鑰圖像所占空間，此算法具有足夠大的密鑰空間抵抗攻擊[3]。

第三、對此加密方案做實時性分析。本文所涉及的圖像加密算法包含像素的置換、圖像的加合等，雖然密鑰空間較大但迭代次數較少，因此計算速度較快，可做到對圖像的實時處理。

綜上，本文所涉及的基于混沌與私鑰圖像結合的加密算法，經數值仿真實驗證明，加密效果好，具有較強的抗攻擊性，加密效率較高，能滿足實時圖像加密的要求；基于該算法的加密軟件具有較強的移植性且操作方便，應用范圍較廣。