图像置乱效果评价算法综述

图像置乱技术通过对图像矩阵的重排操作,破坏图像矩阵的相关性,从而实现信息加密。图像置乱效果评价方法是对图像置乱程度的客观评价,目前涌现的图像置乱方法都从各个方面验证其自身的优越性,但仍没有一种通用的评判方法。该文根据最优置乱效果的定义,讨论了一些现有的图像置乱效果评判方法,在深入研究这些方法的原理后,对各置乱性能评判方法的客观性进行了深入分析和讨论。

利用脉冲耦合神经网络进行图像置乱效果评价

提出了基于脉冲耦合神经网络的图像置乱加密效果评价新方法。脉冲耦合神经网络直接来自于哺乳动物视觉皮层神经细胞的研究,已在图像处理的众多领域得到了广泛应用。首先利用脉冲耦合网络实现图像特征提取,然后分析置乱前后两图像所提取特征向量之间的差异程度,最后构造了图像置乱效果评价函数。实验结果表明,提出的评价方法是能够较好地刻画图像的置乱程度,反映了加密次数与置乱程度之间的关系,与人的视觉基本相符。而且对于不同的图像,该评价方法能在一定程度上反映所用的置乱变换在各置乱阶段的效果。

子图直方图相关的图像置乱效果盲评判

为客观、自动地评价图像置乱效果,提出了一种基于子图直方图相关的图像置乱盲评判方法。该方法首先分析理想置乱图像的定义和特征,归纳总结最优置乱图像的直方图特点;然后,将待评判的置乱图像进行分块处理,建立各子图的直方图序列,利用各序列间的相关度给出置乱程度的评判测度。两种不同类型的置乱效果评判实验显示,与基于SNR的置乱评价方法相比,该方法不仅高效、灵活,评判不需要原始图像做参考,而且评判结果与人类视觉系统的主观感知相吻合,可快速有效判断图像置乱程度。

图像置乱效果量化模型

在对图像置乱效果定性评价分析的基础上提出了位置、灰度和偏差度是衡量置乱效果的重要因素,并应用数学建模的方法对各因素的影响程度进行了量化,从而给出新的图像置乱度公式.实验表明,该置乱度公式可有效衡量图像置乱程度的效果,与人的直观视觉效果较为吻合.

Rijndael算法在数字图像置乱中的应用

Rijndael加解算法具有良好的安全性和高运行效率,被公认为较好的密码算法。针对数字图像数据量大、冗余度高、像素间相关性强的特点,将Rijndael算法中的轮密钥异或、S-盒变换、行移位变换和列混合变换应用在图像加密中,提出了基于Rijndael的图像置乱算法,主要实现了图像像素的像素值变换、图像像素的替换和图像像素的置换。实验结果表明,加密后的图像类似于白噪声的图像,达到了较为理想的置乱效果。

离散Arnold变换改进及其在图像置乱加密中的应用

为了改善传统二维Arnold变换用于图像置乱加密的效果,提出了离散Arnold变换的改进方法,并将其用于图像置乱加密测试研究.该方法利用现有离散标准映射的构造思想,将传统离散二维Arnold变换表达式中第一个变换表达式所对应变换结果非线性融入第二个变换表达式,实现经典离散二维Arnold变换的非线性去拟仿射化修改,以便快速改善图像置乱加密效果.数学证明改进方法不再保持现有离散二维Arnold变换所具有的拟仿射不变性,但是改进变换仍是一种具有周期性的可逆映射,将其用于图像置乱加密时,利用其周期性或逆变换能恢复置乱前原图像.大量实验结果表明,本文所建议的改进方法是有效的,相比现有的离散Arnold变换更具有实用价值意义.

二维不等长变换改进及其应用

针对二维不等长变换置乱图像效果差且纹理特征明显,难以满足高安全性图像信息保护需要的问题,提出二维不等长Arnold变换的改进方法,并将其用于像素位置置乱和像素值加密中.该方法利用经典可逆二维标准映射的构造思想将二维不等长Arnold变换进行非仿射化修改,获得一种具有非线性变换特性的保面积且具有周期的置乱变换,对任意高宽不等图像置乱加密并用其逆变换来快速恢复原图像.大量实验结果表明,文中方法是有效的,相比现有二维不等长Arnold变换能有效地改善图像置乱效果并降低图像纹理特征,对任意高宽图像的高性能置乱加密具有一定的推广价值.

基于耦合混沌系统和细胞自动机的图像加密算法

提出一种基于耦合混沌系统和细胞自动机的加密方法。耦合混沌系统比单一混沌系统具有更复杂的动力学特性,可以增大密钥空间,提高加密系统的安全性;利用耦合触发细胞自动机实现明文分块的并行加密,提高加/解密速度,改进置乱效果。加密时首先经过混沌加密,然后利用混沌序列产生反转规则,由细胞自动机再次加密;解密过程正好相反。实验表明,这种混合加密方法具有更大的密钥空间和更好的置乱效果,能够有效抵抗蛮力攻击和差分分析攻击。

一种基于演化细胞自动机的数据加密方法

提出了一种演化密文与规则的加密方法,以细胞自动机的初态和规则作为演化对象,寻找满足经过迭代后能得到原文细胞自动机的初态和规则。某些原文只在某些特殊规则下才存在满足完全匹配的密文,而且匹配度越高搜索越耗时,所以引入了校验信息,以最大演化代数作为演化计算的终止条件,寻找迭代后与原文最匹配的密文,再通过校验获得完整的原文。通过实验得出:此种加密方法具有较大的密钥空间和良好的置乱效果,而且细胞自动机的邻居半径越大,演化计算的表现越稳定。

置换的性质及选择

随机置换或置乱排列,在密码学中扮演着极其重要的角色。但是,并非所有的置换都有满意的置乱效果,能为我们所用。那么,哪些是可用的呢?又怎样来选择呢?本文在研究置换不动点,自然序码型以及漂移值特性的基础上给出了一般的取舍原则,提出了置换“合用”和“堪用”两级标准,并讨论了逆置换和可用性的关系。