基于置乱、混淆与掩蔽规则融合3D混沌映射的图像加密算法研究-论文.pdf

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1、第14卷第5期2014年2月科学技术与工程Vo1．14No．5Feb．20141671—1815(2014)05-0102—07ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．基于置乱、混淆与掩蔽规则融合3D混沌映射的图像加密算法研究尹燕罗晖王传云(华东交通大学软件学院和信息工程学院，南昌330013)摘要针对当前的3D混沌映射加密算法存在安全性不高，加密速度慢、密钥空间小以及不具备抗多种攻击能力等不足，设计了三个规则：置乱规则、混淆规则与掩蔽规则，提出了一种基于置乱、混淆与掩蔽三规则融合3D混沌映射的图像

2、加密算法来解决上述问题。首先对初始图像的字节进行预置乱处理，得到位图图像；随后将其分成若干个小块，在置乱规则下迭代3D混沌映射得到一个二维数组，利用该数组选择像素块进行像素位置置乱操作；在混淆规则下迭代3D混沌映射得到一维伪随机数组，利用该数组对置乱后的像素块进行混淆操作；在掩蔽规则下再次迭代3D混沌映射得到三元序列，利用该序列对扩散后的像素块进行掩蔽处理。在MATLAB仿真软件中验证本文算法，结果显示该算法高度安全，密钥空间巨大，运行速度快。关键词3D混沌映射置乱规则混淆处理扩散机制掩蔽规则中图法分类号TP309．2；文献标志码A随着信息技术与网络的不断发展

3、，数字图像成和组密钥，并对该算法进行了仿真实验测试，结果表为当代人们进行信息交流的重要载体，其保密性与明该算法高度安全，抗攻击能力强。如郭银景等可靠性变得日益重要⋯。图像作为人们日常信息人利用三维Baker映射耦合混沌序列的加密算法交流中最为直观的载体，给人们的生活带来了极大来加密图像，并进行了仿真测试，结果表明：该算法的方便J。但由于图像所涉及的信息很多，包括了具有较高的安全性。李娟等人提出了一种三维国防机密、医疗机密等，在开放网络的传输中容易遭可逆混沌映射的图像加密算法，在二维Linemap基受到未授权者攻击，使得信息被窃取，给人们带来了础上推导出可逆三维

4、混沌映射，并利用该三维混沌巨大的损失。但是传统的经典加密算法，如数据加映射对初始图像进行置乱与混淆处理，且对该算法密标准DES、AES以及RSA算法等，没有考虑到图进行了优化，结果表明该算法具有很好的置乱与混像具有大数据容量、较高的冗余度等特点，因此将其淆效果，加密安全性显著提高，优化算法后，加密速应用于图像加密会存在较大的不足J。度显著提高。为了较好地解决图像在传输与接收过程中被攻尽管当前的3D混沌映射具有较好的加密性击者肆意篡改，基于混沌映射的图像加密算法得到能，但是这些算法的安全性不高，只需要通过符号动了诸多学者的研究，这主要是因混沌系统具有良好力学和某

5、些特殊设计的图像密钥知识精确计算到相当于扩散的初始值，则可对其进行破译J，且加密的随机性、轨道难以预测与分析、复杂等特征，其生成的代码具有很强抗攻击能力以及较强的敏感速度不理想，不具备抗多种攻击能力。性l5J，能够很好地适应密码系统的要求。由于三对此，提出了三个规则：置乱规则、混淆规则以及掩蔽规则，设计了3D混沌映射与这三个规则相维混沌映射相对于二维、一维混沌映射而言，具有更融合的图像加密算法对图像进行加密。该加密算法高的安全性，因此得到了许多研究人员的关注。如张琼_6等人对传统的3D混沌映射图像加密算法进可有效地解决当前3D混沌映射加密算法的基本缺陷，它包括

6、了位置置乱、混淆以及掩蔽三个阶段，在行了改进，使用随机扫描方式对图像进行加密预处三个密钥对应的三个规则下迭代3D混沌映射得到理，并在扩散过程和密钥生成过程中使用了双密钥各自对应的数组，分别完成像素置乱，混淆以及掩蔽2013年9月2日收到国家自然科学基金(61261040)和处理。这三个规则的共同作用增强了加密系统的敏江西省教育厅项目(GJJ11434)资助感性，加密速度得到了大幅度提高，加密算法高度安第一作者简介：尹燕(1978一)女，硕士，华东交通大学讲师，研究全。首先对初始图像的字节进行预置乱处理，以加方向：图像处理、传感网络技术。E—mail：yanyi

7、n1978@126．com。强置乱效果；随后将初始图像分成若干个小块，在置乱规则下迭代3D混沌映射得到一个二维数组，利5期尹燕，等：基于置乱、混淆与掩蔽规则融合3D混沌映射的图像加密算法研究103用该数组选择像素块进行像素位置置乱操作，彻底fxj“1f，52141f]改变像素位置；在混乱规则下迭代3D混沌映射得=+1yJl=l9516lIymod1)(5)到一维伪随机数组，利用该数组对置乱后的像素进39J行混淆，以改变像素值；在掩蔽规则再次迭代该映射从模型(5)中可知，扩展后的3D混沌映射具有得到三元序列，利用该序列对混淆后的像素块进行更复杂的相空间以及保体积

8、性，可显著提高加密系掩蔽处理。在MAT