三维随机矩阵置乱变换的周期及其应用

为了适合数字多媒体特性,实施多媒体加密与信息隐藏,生成充分大的密钥空间,使用了数论、近世代数、算法分析等工具,对高维随机矩阵置乱变换的精确周期进行了研究。给出三维随机整数矩阵A决定的置乱变换在任意模N下,其周期T(A,N)的精确表达式及上界估计,构造了求周期的快速算法,仅耗费O(log2N)2次模N乘法便可得到T(A,N)。大量的算例和应用范例与理论结果相吻合。结论可用于建立数字多媒体的新型密码体制,实施高效率的加密。

一类高维随机矩阵置乱变换的周期

为了适合多媒体信息量庞大、存在数据冗余的特点,实施可证明安全、高效率的加密解密,使用了数论、近世代数、矩阵变换、算法分析等工具,对高维随机矩阵置乱变换的精确周期进行了研究。将实数域上线性代数的若干结果,推广到模素数有限域上,得到一类整数矩阵及其相关同余方程组之解的若干新性质;在此基础上将用于置乱的矩阵由2维扩展到任意高维,给出广泛一类高维随机整数矩阵A决定的置乱变换,在任意素数幂N=pr模数下,其周期T(A,N)的精确表达式,给出求精确周期算法的时间复杂度。结论可用于建立新型数字多媒体密码体制和信息隐藏体制,扩大其密钥空间,增加其安全性。

基于矩阵置乱的自适应视频水印算法

视频数字水印技术是当前水印研究中的一个热点。为了更好的保证视频水印的鲁棒性,提出了一种基于MPEG-2运动分量的自适应数字水印算法。该算法首先利用矩阵置乱来确定水印片段的目标图像组,然后结合人眼视觉系统选择水印比特嵌入的运动分量。实验结果表明,该算法不仅对于针对视频水印的特殊攻击具有高鲁棒性,且水印嵌入前后图像的峰值信噪比仅有微弱差异。

异步置乱体制中置乱矩阵的研究

主要分析了异步置乱矩阵的置乱效果，探讨了如何选择剩余可懂度低的置乱阵（密钥）的问题，并对有效密钥空间作了估算．

基于置乱矩阵的短参差分混沌键控系统

短参差分混沌键控(short reference differential chaos shift keying,SR-DCSK)有效提升了系统的传输速率,但也导致安全性能大幅度降低。针对该问题,提出了基于置乱矩阵的SR-DCSK(SR-DCSK based on scrambling matrix,SMSR-DCSK)系统。基于前向移位矩阵设计了一种结构简单并且具有正交性的置乱矩阵。该置乱矩阵能够打乱混沌序列的顺序,从而降低混沌参考信号与信息信号之间的相关性。采用高斯近似法推导了在加性高斯白噪声信道中的系统误比特率(bit error rate,BER)公式,并依此进行了最优化性能参数的求解。仿真结果表明,推导的BER公式能够准确衡量系统BER性能。相对于SR-DCSK系统,SMSR-DCSK系统在安全性和BER性能方面均有明显提升,并且具有实现复杂度低的优点。

集成随机置乱和环论的图形图像公钥加密技术

图形图像中信息量庞大、存在数据冗余,为了发挥公钥加密的优势,实施高效率的公钥加密解密,提出基于三维随机矩阵变换和Gray置乱变换的2类置乱变换技术.对于N阶图形图像密钥空间至少为N6;结合改良的NTRU公钥密码技术,建立了一种新型的图形图像公钥密码体制.该密码体制加密解密变换的时间复杂度低,能达到抵御选择明文等攻击的安全性.在此基础上,开发了一套数字多媒体随机置乱公钥加密系统.数值仿真实验表明:该系统可以对bmp,png,pcx等格式的数字图形图像,wav,au等格式的数字音频,dat,txt等格式的数字文本进行快速安全的公钥加密,且密文可保持原来的多媒体格式.

基于改进Logistic混沌和交叉混沌扩散的强鲁棒性图像加密

针对现有部分图像加密算法鲁棒性弱的问题,本文提出了一种基于改进Logistic混沌和交叉混沌序列扩散的强鲁棒性加密算法。首先,对Logistic一维混沌进行变换,构造出一种混沌序列分布更加随机的新混沌系统;然后,利用螺旋矩阵变换进行第一次置乱,利用明文的哈希值构造混沌的初始密钥,引入明文相关的两个数值val1和val2结合新混沌系统构造交叉混沌序列;接着对置乱后的序列进行交叉混沌的扩散。为克服螺旋矩阵变换部分像素未发生改变的问题,再进行一次交叉混沌置乱,形成置乱-扩散-置乱的加密框架。最后对本算法进行仿真模拟,其中本文密文图像的平均相关系数为–0.0027,更加趋近于0,大大的破坏了图像内部之间的相关性,达到图像加密的效果。像素变化率NPCR为99.61%,归一化强度UACI为33.36%,都分别接近于理想值99.60%和33.34%;密文图像的信息熵为7.9975,接近于理想值8,密钥的敏感性为10–17;能够在椒盐噪声和高斯噪声强度为0.2的情况下,仍然能够识别出解密图像。而且加密图像剪切1/2时,仍然能够恢复出明文图像;实验结果表明,本文算法具有较高的安全性,能够抵御选择明文攻击和穷举攻击,具有较强的抗噪声和抗剪切能力,对于图像传输过程中的安全性提供一定的保障,能够对于灰度图像达到安全稳定的加解密效果。

数据置乱处理的光纤通信系统加密机制

以具有初值敏感性、类随机的混沌系统为基础,研究数据置乱处理的光纤通信系统加密机制,降低恶意攻击击中次数,为光纤通信系统的信息安全提供保障。基于一维Logistic映射和k阶Chebyshev映射两种混沌系统,生成二维混沌置乱矩阵,使用该矩阵加密光纤通信系统产生的星座图中各星座点,利用两种混沌系统生成的混沌序列,加密串并变换引进导频的数据,实现光纤通信系统的双重加密。实验结果表明:在NIST测试中,该机制的最大P值为0.9875,生成的混沌序列具有很强的随机性,可提高光纤通信系统加密能力;不同信噪比下,该机制的误码率始终保持最高,光纤通信系统加密效果优势明显;恶意攻击行为的总击中次数仅有4次,最高防守率高达100%,安全性极高。

基于深度神经网络的网络信息数据传输自动加密算法研究

为更好地应对各种复杂和多变的安全威胁,提出基于深度神经网络的网络信息数据传输自动加密算法。利用级联Chebyshev映射,生成网络信息数据的伪随机混沌序列;通过生成对抗网络处理伪随机混沌序列,生成网络信息数据的置乱矩阵;通过长短期记忆网络处理混沌序列,生成网络信息数据的置乱矩阵;利用加权融合方式,融合两个网络生成的置乱矩阵;按照融合后的置乱矩阵置乱处理网络信息数据,完成网络信息数据传输自动加密。实验证明,在承受复杂网络攻击时,该算法具备较优的自愈性能,提升了网络信息数据传输的安全性。

一种基于混沌的JPEG2000图像加密算法

首先设计出一个性能优异的基于混沌系统的矩阵置乱算法。由于JPEG2000图像小波变换后的重要信息多集中在小波系数的低频系数部分,图像加密算法只选择了小波系数的低频分量进行置乱加密。算法巧妙地避免了以往基于JPEG2000图像加密的一些缺点,很好地将加密、解密与图像的编码、解码相结合。最后,实验验证并分析了算法的可行性和优越性,实验证明该算法复杂度高、保密性好、加密效率高,而又未明显降低图像的压缩率,具有很好的加密特性。

语义安全的数字多媒体密码体制

为了适合多媒体信息量庞大、存在数据冗余的特点,实施可证明安全、高效率的加密解密,提出基于2维随机矩阵变换和魔方变换的两类置乱变换技术,采用新的密钥选择策略以增加密钥空间,提出基于安全散列函数的随机填充技术。并在此两项技术的基础上建立了一种新型的数字多媒体密码体制。分析表明,所提出的新型密码体制加密解密变换的时间复杂度低,且具有语义安全性。数值仿真实验也证实了理论分析的结果。

在无需帧同步语音置乱中T和T^(-1)矩阵的形成

无需帧同步的语音置乱体制有频域、时域和整数剩余类环三种置乱形式,其中尤以时域置乱最为简单,相当实用。如在该置乱中引入密码滚动,则可以提供保密性能高,话音质量好,实现简单可靠的话密机。本文着重解决时域置乱中置乱矩阵T和去乱矩阵T^(-1)的形成。通过构成两个非零元个数相等的稀疏矩阵,可以大大简化矩阵构成和加密运算,为时域置乱的实时处理创造了条件。

数字音频的新型密码体制及信息隐藏的普适框架

为了从宏观层面增强数字音频信息隐藏的安全性和标准化,建立一个数字音频的新型密码体制和信息隐藏的普适框架,所有在微观层面能抵御现有各种攻击的算法都可以纳入该框架之下,结合形成严密的信息隐藏体制.对数字音频提出一维重排为二维与随机填充方案,以增加密文混乱程度和不确定性;提出基于随机矩阵变换和数论中本原元的两类随机置乱变换,通过多轮复合加密解密变换建立了一个新型的数字音频密码体制,并在此基础提出一个数字水印体制.该密码体制属于计算保密体制,具有语义安全性,该数字水印体制具有鲁棒性、健壮性和安全性.大量的仿真实验验证了结论.结论可推广于建立其他数字多媒体的信息隐藏体制.

基于混沌的图像加密技术综述

综述了当前图像加密技术的进展情形,介绍、分析了一些比较成熟的图像加密技术,主要有基于矩阵置乱的图像加密技术、基于秘密分割的图像加密技术、基于现代密码学的图像加密技术、隐藏加密技术以及基于混沌的图像加密技术,概述了它们各自的特点。最后说明了基于混沌的图像加密技术未来的发展趋势。

基于对比度à trous小波的Contourlet变换图像水印算法

提出将基于对比度的à trous小波代替Contourlet变换中的拉普拉斯金字塔(LP)变换,实现对图像的多尺度分析:对变换后的低频区域分块,计算各个分块的噪声可见性函数(NVF)值,对选出的一系列值较小的分块嵌入水印.实验结果表明,水印算法具有较好的视觉效果,同时对滤波、JPEG有损压缩、噪声等攻击具有较好的鲁棒性.

基于Lorenz混沌系统的数字图像加密算法

鉴于传统图像加密技术和低维混沌加密技术各自的局限性,将Lorenz混沌系统与数字图像置乱技术相结合,设计了一种基于三维混沌系统的数字图像加密算法.首先,对系统输出的实数值混沌序列进行预处理;其次,以此实数值混沌序列直接构造图像置乱索引矩阵;最后,以8×8块为单位实现数字图像的空域加密.分析与仿真结果表明:预处理后的实数值混沌序列具有更强的伪随机特性,更理想的相关特性;三维混沌系统有更大的密钥空间,使算法具有很强的抗破译性和抗攻击性;系统三维输出的同时利用,可实现三个或多幅图像的并行加密,提高了算法的加密效率.

基于连续混沌系统和Hash函数的图像加密算法

给出了一个基于多维连续混沌系统和Hash函数的图像加密算法。该算法利用抽取后的混沌信号及两个Hash函数得到图像加密的行列变换序列和置乱矩阵。理论分析和模拟实验结果表明,该方案密钥空间大,加密图像对密钥敏感,加密效果良好,并且可以实现类似于"一次一密"的加密目标,算法安全性较高。

图像置乱度评估的层次分析法

目的针对目前置乱度评估算法对同一图像置乱算法的评价结果存在多变性,对多个置乱算法不能同时评估的问题,提出基于层次分析法的图像置乱评估算法。方法首先,计算置乱矩阵元素分布的均匀性和随机性程度,获得置乱像素位置分布的属性值,保证了同一置乱算法置乱度的恒定性。然后应用层次分析法,实现置乱度2维属性的整合和多个置乱算法的同时评估。结果实验结果表明,该算法得到的置乱度只与置乱算法本身和置乱迭代次数相关,和置乱对象无关,结果具有稳定性和有效性,同时算法可给出任意数目置乱算法的置乱度排序。结论本文算法实现了客观、公平、高效的图像置乱度评估,不仅有利于信息隐藏领域设计者方便快速选择合适的置乱算法,同时也为置乱算法的开发提供了有力的反馈工具。

一种基于分数阶傅里叶变换的改进图像加密算法

针对目前基于分数阶傅里叶变换的图像加密算法中存在的不足,设计了一种基于分数阶傅里叶变换和混沌系统的图像加密新算法。图像加密过程分两个步骤:首先将原始图像的分数阶傅里叶变换系数经过双随机相位加密,然后利用混沌系统生成的置乱矩阵对图像进行置乱加密后得到最终的加密图像。方案的安全性依赖于随机相位掩膜、分数阶傅里叶变换阶数以及混沌系统的初始参数。理论分析和模拟实验结果表明该方案具有良好的图像加密效果。

基于混沌系统和分数阶傅里叶变换的图像加密算法

设计一种基于混沌系统和FRFT(Fractional Fourier Transform)的图像加密算法。图像加密过程分两个步骤:首先利用混沌系统生成的置乱矩阵对图像进行置乱加密,然后利用FRFT将置乱加密的图像进行双随机相位加密得到最终的加密图像。该方案的安全性依赖于混沌系统的参数敏感性、相位掩膜和FRFT阶的随机性。理论分析和仿真实验表明,该方案具有良好的图像加密效果。