基于混沌與私鑰的圖像加密技術(shù)

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

【關(guān)鍵字】 logistic 混沌與私鑰 圖像加密

混沌加密技術(shù)是近年來發(fā)展較快的非線性科學(xué)的重要分支，因其具有非周期、連續(xù)寬頻帶、類噪聲和長(zhǎng)期不可預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，所以特別適用于保密通信等領(lǐng)域[1]。現(xiàn)有的混沌序列的研究是建立在統(tǒng)計(jì)分析上，或是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試給出的，這難以保證其每個(gè)實(shí)現(xiàn)序列的周期足夠大，復(fù)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(jié)合的圖像加密技術(shù)。加密算法的程序開發(fā)平臺(tái)為Matlab2012a，涉及計(jì)算機(jī)模擬環(huán)境為 Windows XP。借助于VC++版本的Matlab Compiler編譯器將程序轉(zhuǎn)化為具有易操作性與可移植性的加密軟件。

程序設(shè)計(jì)流程基本思路如下，引入100張私鑰圖像，通過序號(hào)對(duì)私鑰圖像進(jìn)行身份識(shí)別，將密鑰圖像預(yù)處理后與待加密圖像合成，進(jìn)而進(jìn)行l(wèi)ogistic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(chǔ)在移動(dòng)存儲(chǔ)器（如u盤）上，在程序的設(shè)計(jì)上使用try……catch……語(yǔ)句，當(dāng)能按照所設(shè)置路徑正確讀取到私鑰圖像時(shí)，啟動(dòng)解密程序，否則顯示一張預(yù)設(shè)圖像。解密過程為加密過程的逆運(yùn)算，其基本原理與加密過程一致。

Matlab所編程序都要在Matlab環(huán)境中運(yùn)行，其操作較專業(yè)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(jìn)行封裝，轉(zhuǎn)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(diào)用編譯器，輸入mcc-m filaname，filaname為要轉(zhuǎn)成exe文件的m文件。

最后，對(duì)該加密算法進(jìn)行了安全性、實(shí)時(shí)性分析。首先，將本文所采用的加密算法應(yīng)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(cuò)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(cuò)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(dǎo)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(gè)方程的參數(shù)和初始值都能作為密鑰。matlab默認(rèn)的數(shù)據(jù)類型是雙精度（8個(gè)字節(jié)），數(shù)據(jù)具有16位有效數(shù)字，因此該算法的密鑰空間可以達(dá)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(duì)此加密方案做實(shí)時(shí)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(shù)較少，因此計(jì)算速度較快，可做到對(duì)圖像的實(shí)時(shí)處理。

綜上，本文所涉及的基于混沌與私鑰圖像結(jié)合的加密算法，經(jīng)數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)證明，加密效果好，具有較強(qiáng)的抗攻擊性，加密效率較高，能滿足實(shí)時(shí)圖像加密的要求；基于該算法的加密軟件具有較強(qiáng)的移植性且操作方便，應(yīng)用范圍較廣。