基于位平面-块置乱的图像加密算法安全性分析

针对基于阿诺德变换的加密算法(Arnold transform-based encryption method,ATBEM)提出一种基于图像块均方根的已知明文攻击方法.首先利用加密前后明文图像0、1分布比例不变的特征估计出位平面置乱顺序,恢复原始像素的值;然后根据块置乱和块内像素置乱保持像素值恒定不变的特性,定义图像块均方根特征以查找和估计块置乱矩阵.分析讨论了图像块置乱加密的安全性能,结果表明:对于图像块置乱加密,图像越平滑分块越小,破解所需的明密文对数越多,已知明文攻击难度越大.实验结果验证了图像纹理越复杂,攻击效果越好,在分块大小为2×2的条件下,攻击者仅需已知一对明文-密文对即可破解块置乱加密50%以上的图像内容,因此ATBEM加密算法难以抵抗所提出的已知明文攻击.

基于斜帐篷映射的混沌加密置乱算法研究

为了提高数字图像加密算法的加密性能和安全性,本文设计了一种基于斜帐篷映射的位平面混沌加密置乱算法。通过分析可知斜帐篷映射产生的随机值的分布更加均匀,在该算法中采用该映射。对图像包含的信息分析可知,组成图像的每个字节中其低4位包含的信息较少,因此在算法实现的过程中将组成图像的低4位作为一个整体单位来进行处理,高4位则每位作为一个单位来进行处理;再将斜帐篷映射生成的混沌序列作为Arnold映射的参数对图像中的像素来进行置乱处理。

一种光电器件加密方法的安全性分析

为了找到一种安全、高速的图像加密方法,通过计算明文和密文的信息熵、灰度值等参数,研究了利用光电器件,采用流密码和位平面分解相结合的加密方法的安全性和该方案的抗破译能力。结果表明,该方案中,对含信息量越少的图像,加密后平均灰度变化值越大;这种灰度变换的加密方法掩盖了各像素点之间的相关性,密文像素点灰度随机分布,分析者无法获得明文图像的灰度分布状况,使得分析者无法通过相关度分析提取图像轮廓,有效隐藏重要信息。因此,该加密方法具有极高的安全性,同时应将密文平均灰度值作为评价参数之一。

一种基于位平面分解的图像加密方法

为了找出速度快、保密性好的加密方法,研究了一种采用光电器件和位平面分解相结合的图像加密方法,将图像分解为位平面,利用伪随机矩阵作密钥,通过偏振编码对位平面分别加密。取lena图片进行加密、解密仿真实验,分析了该加密方法的安全性。结果表明,经加密、解密恢复的图像与原始图像一致,加密后,原始图像的像素灰度信息被淹埋,信息熵接近最大,不确定性极高,攻击者不易分析原图像的平均灰度值,降低泄漏特征信息的可能。