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1、基于S盒的图像混沌置乱方法摘要数字图像置乱技术,作为数字图像信息隐藏的预处理和后处理,其主要目的是将一幅有意义的图像变成一幅杂乱无章的图像,用以增加数字图像信息隐藏算法抵抗非法攻击的能力,从而增加安全性。本文以图像信息安全问题为背景,介绍了通常用于分组密码系统中的S盒的理论基础,提出了一种基于S盒的数字图像置乱方法,同时讨论了置乱算法的周期性。实验结果表明,算法具有很好的置乱效果。关键词信息安全信息隐藏S盒数字图像置乱周期性中图法分类号:TN911.73文献标识码:ADigitalImageScramblingBasedonS-boxSUIXin-guang,
2、LUOHui(KeyLaboratory,SouthwestInstitutionofElectron&TelecomTechniques,Chengdu610041)AbstractThemainaimofdigitalimagescrambling,whichisusedasthepre-processingorpost-processinginimageinformationhiding,istotransformameaningfulimageintoameaninglessordisorderedimageinordertoenhancethepow
3、ertoresistinvalidattackandinturnenhancethesecurity.ThispaperintroducestheacademicfoundationofS-boxthatisusuallyappliedtogroupcryptosystemwithimageinformationsecurityasitsbackground,andthenpresentsamethodofdigitalimagescramblingbasedonS-boxanddiscussestheperiodicityofthearithmetic.Th
4、ealgorithmisprovedtobeefficientwithexperiments.Keywordsinformationsecurity,informationhiding,S-box,digitalimagescrambling,periodicity1引言随着计算机技术、通信技术、信息处理技术和智能化网络技术的飞速发展和广泛应用,数字化信息可以以各种形式在网络上迅速便捷地传输。然而由于网络的开放性特点,使得任何人都可以在网络上自由地获取他感兴趣的任何东西,这就使得信息的安全性倍受关注。在网络通信中,往日因存储量大和传输占用带宽大而让人们望而却步
5、的数字图像也由于存储技术和网络通信技术的发展而在网络通信中占有越来越多的比率。数字图像有其固有的一些特殊性质,如2维的自相似性、相关性、大数据量等。随着计算机技术的发展,人们在图像信息安全方面做了许多有益的探索,并取得了一定成果,其中之一即图像信息隐藏技术。作为信息安全领域的后起之秀,图像信息隐藏技术用于保密通信有自己的优势,因而近年来成为国内外研究的热点,特别是在图像隐藏、图像分存、数字水印等方面。数字图像置乱技术,作为数字图像信息隐藏的预处理和后处理,其主要目的是将一幅有意义的图像变成一幅杂乱无章的图像,使其所要表达的真实信息无法直观地得到。它可以增加数字
6、图像信息隐藏算法抵抗非法攻击的能力,以增加安全性。在数字图像置乱方面,已有许多比较有效的方法,如基于Arnold变换、幻方、Hilbert曲线、Conway游戏、Tangram算法、IFS模型、Gray码变换、仿射模变换、多相滤波等方法[1~9]。本文从分组密码中S盒的高度非线性性和扩散性出发,提出了一种基于S盒新数字图像置乱方法,并通过实验验证了算法的有效性。2S盒S盒是分组密码中的一个计算部件,是一个高度非线性的输入/输出真值表,其作用是使得明文和密钥产生充分的混淆和扩散。S盒的设计思想是这样的:将非线性度高、混淆和扩散性能好的密码函数作为分组密码的运算部
7、件。考虑到这些密码函数的运算量很大,将其在各种自变量下的函数值预先计算好并做成输入/输出真值表,在实际应用时只需要根据输入值来调用表中相应的函数值即可。例如,在DES(dataencryptionstandard)加密算法中,可以用到多达8个S盒(表1所示为其中的S1)。表1S盒(S1)012345678910111213141501441312151183106125907101574142131106121195382411481362111512973105031512824917511314100613每个S盒都是4行和16列,6比特输入,4比特输出。
8、由输入的首尾两比特确定S盒中的行,由输
