基于組合混沌和位運(yùn)算的圖像加密算法

浩 明

（西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安710121）

引言

隨著網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的發(fā)展和普及，圖像等多媒體數(shù)據(jù)的安全問題日益引起人們的關(guān)注。由于數(shù)字圖像具有冗余度高、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)相關(guān)性強(qiáng)等特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的加密方式進(jìn)行加密將導(dǎo)致加密速度慢、實(shí)時(shí)性差等缺點(diǎn)。如何結(jié)合數(shù)字圖像的特點(diǎn)設(shè)計(jì)有效的數(shù)字圖像加密算法成為信息安全領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。混沌系統(tǒng)具有初值敏感性、非周期性、非收斂性、偽隨機(jī)性等良好的密碼學(xué)特性，是非線性確定系統(tǒng)。由于內(nèi)在隨機(jī)性而產(chǎn)生的外在復(fù)雜表現(xiàn)，是一種貌似隨機(jī)的非隨機(jī)現(xiàn)象。混沌系統(tǒng)的這些特點(diǎn)使其被廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)加密技術(shù)［1－7］。當(dāng)前，基于混沌的數(shù)字圖像加密方式主要包括基于置亂的加密技術(shù)、基于灰度替換的加密技術(shù)和基于混合迭代結(jié)構(gòu)的圖像加密技術(shù)［8－11］。其中基于像素位置置亂的加密算法雖然可以達(dá)到對圖像加密的目的，但其安全性較差，無法滿足實(shí)際需求。由于僅通過像素位置置亂加密圖像的加密方式存在可恢復(fù)周期等安全隱患，研究者進(jìn)一步提出了將像素位置置亂和灰度替代相結(jié)合的加密方式，這種混合迭代結(jié)構(gòu)的加密方式可以有效提高算法的保密性。本文研究了基于混沌和位運(yùn)算的圖像加密算法［12－18］，在此基礎(chǔ)上，給出了一種改進(jìn)的基于組合混沌和位運(yùn)算的圖像加密算法，該方法首先對灰度圖像進(jìn)行位平面分解，通過對高四位分別進(jìn)行置亂變換，再與低四位整體進(jìn)行置亂變換，然后組合置亂后的位平面，并與二值矩陣進(jìn)行異或運(yùn)算得到密文圖像。……