改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法

针对近年来AES(Advanced Encryption Standard)加密算法在图像加密领域应用中存在的一些缺点,提出了一种基于改进Henon超混沌系统与AES结合的图像加密算法。该算法首先利用四维Henon超混沌系统产生超混沌序列,通过引入明文图像像素的相关特性作为参数来截取超混沌序列作为BP神经网络的训练样本,训练后得到的非线性混沌序列作为AES加密算法的目标密钥。将目标密钥代入AES加密算法进行两轮循环加密得到密文,且每轮加密过程中都会由混沌序列产生新的S盒和轮密钥,大幅度提高了密钥的随机性。仿真实验结果表明,该算法能够很好结合三者的优点,安全性非常高。

应用Henon超混沌系统改进的图像加密

为提高混沌系统图像加密的安全性,提出了一种结合MD5信息摘要的混沌图像加密算法。新算法使明文的信息摘要值参与Henon超混沌系统的初始化,增强了明文的敏感性,也比一般的混沌系统更具复杂性。同时,改进的二进制密码流序列生成算法导致分组长度动态变化,进一步扰乱了混沌系统的原有特性及密码流的分组特征。理论分析和实验说明算法能有效地抵御选择明文攻击、差分攻击和分割攻击。

基于一个四维超混沌系统的图像加密算法

针对低维混沌系统复杂性低、应用在图像加密中效果差等问题,通过相图、分岔图、Lyapunov指数谱以及谱熵复杂度等方面探究了一个四维超混沌系统的动力学特性及其加密应用。仿真结果表明上述系统的混沌状态分布在较大的参数范围内并且具有较大的复杂度值,说明上述系统能够很好的应用于图像加密。为此设计了一种基于四维超混沌的图像加密方案。算法主要利用改进的Arnold变换将明文图像的像素点位置进行扰乱,并通过加取模运算对置乱后的图像进行扩散,得到加密图像。最后通过密钥空间、相邻像素间相关性、信息熵、直方图以及差分攻击等方面分析了算法的安全性能。实验结果表明,上述加密算法不仅能够有效地对图像进行加密而且具有较高的安全性能。

一种基于保守超混沌系统的脆弱水印算法

提出了一种新颖的基于混沌系统的数字图像脆弱水印算法。所提出的方案引入了一个高维保守超混沌系统与数字图像关联生成混沌序列,通过转置卷积重构后得到水印信息,将其嵌入到图像像素的最低有效位(Least Significant Bit,LSB)。相比耗散混沌,保守超混沌系统因其不具有混沌吸引子的性质和超混沌特性,可以在符合人眼视觉的掩蔽性的同时,增强安全性能。实验结果表明,该方法安全可靠,能够在各种攻击下获得较高的篡改检测和定位精度。

基于超混沌系统及有限域的图像加密算法

混沌系统由于其自身的混沌特性,被广泛应用于安全通信领域;但近年来,低维的混沌系统存在退化现象、密钥空间小等问题,应用于图像加密其安全性能并不高.为了提高混沌系统的复杂性,从相图、平衡点、Lyapunov指数谱、分岔图以及谱熵复杂度等方面探究了一个四维超混沌系统的动力学特性.分析结果表明,该系统能够在较大的参数范围内展示出混沌现象,且在一定的参数范围内有2个正的Lyapunov指数,进一步证实该系统为超混沌系统,从而基于该系统和有限域理论设计了一个加密算法.在加密过程中先用2次置乱对图像进行预处理,再基于有限域进行扩散以达到加密的目的.安全性实验结果证明该加密方案安全性能较高,可以抵抗常见的攻击.

基于保守超混沌系统的虹膜特征提取算法

虹膜特征与其他生物特征相比具有独特优势,因其可以为加密算法生成足够长的密钥。虹膜特征提取是虹膜识别过程中的关键问题。针对密钥安全性和计算效率两大问题,提出了一种新颖的基于保守超混沌系统的虹膜特征提取方法,并结合局部二进制模式(Local Binary Pattern,LBP)和高斯函数差分(Difference of Gaussian,DOG)技术。首先,选择五维保守超混沌系统,验证其保守性和超混沌性质;其次,根据375位虹膜特征码和上述系统,产生特征矩阵,并对该矩阵进行图像增强处理;最后,通过提取DOG极值点和LBP特征,并根据提出的特征融合规则生成128位密钥。实验表明,生成的密钥可以通过美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)随机性测试,且对虹膜特征码极其敏感。

基于Lorenz超混沌系统和DNA计算的三维图像加密算法

为实现多种场景下大容量三维图像的实时、安全传输,本文提出了一种基于劳伦兹(Lorenz)超混沌系统和DNA计算的三维图像加密算法。首先,该算法利用明文图像的哈希值进行密钥扩展。其次,采用Lorenz超混沌系统生成的伪随机矩阵来确定DNA编码、重组、计算和解码的规则与次序。最后,基于“一像素一规则”思想,利用DNA计算的高度并行性有效提高了算法的加密和解密效率。仿真试验和性能分析表明,该算法具有良好的统计性能,满足安全性要求,并能有效抵御各种常规的密码攻击。

基于超混沌系统与DNA编码的图像加密研究

针对图像加密方案中密钥敏感性弱、相邻位置像元相关性强等问题,提出一种基于超混沌系统置乱、扩散及DNA编码的彩色图像加密算法。首先,将原图像经R、G、B通道分层得到的3个二维灰度图像矩阵进行补零操作后划分为16个子块;然后,对各模块进行扩散得到一个随机矩阵,利用多混沌系统产生的4条混沌序列值确定DNA编码与运算规则,分别对补零后的矩阵和随机矩阵进行DNA运算。为获得更好的扩散效果,在对两个矩阵子块进行DNA运算及解码操作后,由Logistic混沌映射迭代的两条混沌序列对其进行行列位置置乱,重新组合图像子块得到彩色加密图像。仿真表明,改进后的加密算法密钥空间达到10128数量级,在图像水平、垂直及对角方向上相关性系数平均达到-0.0043,计算得到的UACI值为33.3687%,NPCR值为99.6956%,对降低图像相邻位置像素数值相关性及各种攻击的能力更强。

一个具有大范围超混沌状态的五维多稳态系统

大范围混沌系统由于能提供更宽的混沌区间,常用于保密通信等领域,已有的大范围混沌系统多为三维和四维系统,为了得到混沌特性更强和更复杂的系统,本研究提出了一个具有大范围超混沌状态且能产生多种共存吸引子的五维系统。通过用共存分岔图、共存相轨图、Lyapunov指数谱以及计算系统散度等方法去分析该五维系统的动力学特性。结果表明:该系统是一个耗散的超混沌系统;参数固定时,仅改变初始值系统能产生多个共存吸引子,当参数d取不同的值时,该系统会产生12种类型的共存现象,分别为周期1、周期2、周期4、拟周期、一涡卷吸引子、双涡卷吸引子等相互共存;当参数m在[0.1,4000]区间变化时,该系统会一直保持超混沌状态,并且m在[70,4000]范围内,系统的Lyapunov指数谱保持不变且维持3个正Lyapunov指数的超混沌状态,说明了该系统具有不变Lyapunov指数特性。此外,用现场可编程门阵列(FPGA)进行数字电路实现,在示波器上观察实验结果,验证了该超混沌系统的可实现性。

基于四维超混沌系统的图像加密算法设计

目的 针对构造具有混沌特性的复杂四维超混沌系统以及提高图像数据保护的安全问题,提出在经典系统Lü基础之上,引入一个状态反馈控制器构建只有一个平衡点的四维超混沌系统,通过理论分析四维超混沌系统的动力学特性并设计超混沌加密算法以保护图像加密后的数据安全性。方法 利用Matlab软件对该超混沌系统进行数值仿真,如系统耗散性和平衡点稳定性、Lyapunov指数谱和分岔图、Poincare截面;同时设计了四维超混沌系统的模拟电路,通过基本的电路元件,以运算放大电路为基础搭建超混沌系统的模拟电路模型;最后将四维超混沌系统与置乱-扩散算法相结合,利用超混沌系统混沌序列的复杂性和伪随机性设计了一种高效且安全的四维超混沌图像加密算法,通过Matlab软件对明文和密文图像进行直方图、相邻像素相关性、信息熵和抗攻击性分析。结果仿真数据表明:该四维超混沌系统具有周期、混沌、超混沌吸引子的复杂混沌行为,同时利用Multisim软件验证电路实现的准确性和物理可实现性。图像加密实验数据表明:该超系统对混沌密钥和明文非常敏感,超混沌加密算法的安全性更高,同时在保证安全性的前提之下,可以有效抵御统计攻击和差分攻击,也加快了图像解密和加密的速度。结论 实验结论表明:该四维超混沌系统在不同参数下可以表现出复杂的动力学特性,利用超混沌系统产生的混沌序列设计的混沌加密算法安全性很高。

一个大Lyapunov指数四维超混沌系统分析及同步

在一个三维混沌系统的基础上构造了一个有大Lyapunov指数的四维超混沌系统,分析了该系统的耗散性和平衡点的稳定性。在所有系统参数中,改变某个参数而固定其余参数,依次计算和分析了系统各个参数的变化对系统Lyapunov指数谱的影响,从Lyapunov指数谱随各参数的变化判断系统作混沌运动和超混沌运动的参数变化区间。然后用相图研究了系统随系统参数变化时的运动规律。最后设计了一种线性反馈控制器实现了该超混沌系统的混沌同步,结果表明该方法正确有效。该系统在混沌和超混沌运动参数区间表现出的混沌和超混沌特性可以给基于混沌和超混沌理论的工程应用提供更多选择。所得结果为该超混沌系统在混沌保密通信中的应用提供了理论参考。

基于双超混沌系统的分块图像加密方案

为提高混沌图像加密性能,本文基于超混沌LSCM系统和超混沌SLIM系统提出一种新型混沌图像加密方案。该方案包括两轮置乱一轮扩散,利用超混沌LSCM系统依次完成图像分块行置乱与列置乱;在外部密钥的控制下调用超混沌SLIM系统完成CBC一轮扩散。仿真实验、χ2检验、相关系数分析、密钥敏感性分析和信息熵分析的结果表明,本方案具有较好的随机性、密钥敏感性、可有效抵抗统计分析攻击。

基于二维离散混沌系统和DNA的图像加密方案

为丰富低维离散混沌系统的动力学特性以及克服脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)编码的引入使混沌图像加密系统安全性易于降低的问题,基于Arnold映射构建具有恒定正Lyapunov指数的2维离散混沌系统,并将其与DNA编码结合,设计一个混沌图像加密方案.所设计的混沌系统模型中不含非线性项,系统具有超混沌动力学行为;加密方案中用于加密的混沌序列为明文图像像素与密钥的加取模运算结果,图像按4×4大小予以分块,扩散算法中的DNA加减、异或、同或等运算分别基于DNA编码规则1、规则4和规则7.仿真实验和性能分析结果表明:加密方案的密钥空间达到2^(266),信息熵为7.9993 bit,密钥灵敏度达到10^(−15),平均像素变化率(number of pixel change rate,NPCR)、统一平均变化强度(unified average change intensity,UACI)、块平均变化强度(block average change intensity,BACI)分别为99.6092%、33.4664%、26.7718%.

类Chen-Qi混沌系统的固定时间自适应同步控制

类Chen-Qi四维混沌系统的渐近稳定控制的同步误差不能在有限时间内收敛到零,有限时间控制的同步误差收敛到零的状况与初值有关.因此,本文应用固定时间控制技术,设计了自适应控制器和参数估计律,试图使得驱动系统与同类型的参数未知的响应系统在固定时间内达到同步,完成了理论证明.应用数值仿真考察同步误差收敛到零的状况.选取不同参数值,不同状态初值,考察状态时程图、同步误差曲线等.结果表明:混沌运动时,固定时间内同步误差收敛到零的效果较好,与状态初值无关,收敛时间符合理论计算值;周期运动时,固定时间内前三个状态的同步误差收敛到零的效果较好,收敛时间符合理论计算值,但第四个状态的同步误差的收敛时间不符合理论计算值,其原因是系统存在的三次非线性项的不平衡、不匹配.

基于四维超混沌系统的光通信数据加密研究

针对当前光通信数据存在的安全问题,为了提高光通信数据加密效果,设计了基于四维超混沌系统的光通信数据加密方法。首先采集光通信信号,通过量化处理,得到光通信数字信号;然后对光通信信号实施非线性预补偿、盲均衡操作;最后采用增广Lü系统设计耗散四维超混沌系统,转化系统状态值;采用四维超混沌系统对光通信信号实施数据进行加密处理。测试结果表明,设计方法在对一个混沌伪随机序列值与整型数做出微小改变后,无法解密出原始光通信信号数据,密匙敏感性强,且最大加密混沌同步误差仅为0.053,说明该方法加密效果较好。

基于变参数超混沌系统的多图像加密方法

针对数字图像计算、存储和传输过程中的数据窃取、隐私泄漏等问题,提出了一种基于变参数超混沌系统的多图像加密方法。首先,用一个混沌系统的状态变量对另一个混沌系统的状态参数施加扰动,构造了一个变参数超混沌系统;其次,将输入灰度图像对进行重构,并将其输入SHA-512算法生成初始密钥;然后,将初始密钥输入变参数超混沌系统,迭代生成5组混沌序列,进而对重构图像进行幻方变换,实现像素位置的变换;最后,对幻方变换得到的图像进行S形扩散,实现像素数值的变化,得到了近似均匀分布的密文图像。结果表明,该算法改善了传统图像加密方法的低随机性、低复杂度等缺陷,同时,提高了密文图像的无序性及抵抗常规攻击的能力。

混沌系统动力学特性分析及有限时间同步控制

混沌系统同步控制收敛速度是衡量系统同步控制的重要指标,本文提出分数阶超混沌Chen系统的有限时间同步,能有效控制系统同步的收敛性。基于Lyapunov稳定性理论,研究了分数阶Chen超混沌系统动力学特性及其有限时间同步控制。首先,通过其指数的计算证实了系统是超混沌系统,通过计算分数阶超混沌系统的平衡点和特征值验证了系统的稳定性;其次,结合混沌系统的主从控制技术以及有限时间同步理论,通过设置合适的控制函数,将混沌系统的同步控制转换为系统误差系统的控制;再次,通过引理和定理的理论分析,从理论上证实了分数阶超混沌系统在有限时间内可以实现同步。最后,数值仿真结果与理论分析完全相吻合,系统大约在2.2 s左右实现同步并且具有很好的收敛性。

基于超混沌系统和AES的图像加密改进算法

针对现有混沌图像加密对序列利用不充分、参数固定等问题,提出一种基于两个超混沌系统与AES加密结合的图像加密算法。使用原始密钥处理后的数据对两个超混沌系统生成的序列进行选择,分别对图像进行置乱和扩散,并结合AES算法对图像再次加密。此方法通过利用密钥对超混沌系统初值进行修改和对混沌序列进行选择,提高了算法的随机性和安全性,使加密后的图像有良好的密文统计特性。仿真结果表明,该算法能够根据用户输入的密钥改变参数和加密序列,并且具有良好的抗剪切性能。

基于混沌系统和动态DNA编码的彩色图像加密算法

为了提高图像在传输过程中的安全性,使得用户有更好的体验感,将Chen超混沌系统和DNA编码引入图像加密领域;彩色数字图像根据红、绿、蓝3个通道分为三个二维矩阵,并对三个二维矩阵进行DNA分区域编码处理,增加了编码运算的多样性,使得加密过程更加安全;由Chen超混沌系统生成的序列决定了每个二维矩阵的DNA编码解码规则和运算规则,按照相应规则进行加密,加密后由分段Logistic生成相应的序列再次进行行、列置换,分段的Logistic混沌映射可以让系统更快地进入混沌状态;合并红、绿、蓝3个通道的三个二维矩阵,生成三维矩阵,最终得到相应的彩色加密图像;选取相应的彩色图像进行仿真实验,最终的仿真结果表明,所提出的算法加密效果和相关性能指标良好,同时具有较强的安全性和鲁棒性。

基于广义Henon映射以及CNN超混沌系统图像加密方案

基于广义五阶Henon映射以及五阶细胞神经网络系统所产生的超混沌现象,设计了图像加密方案.首先利用五阶Henon映射产生超混沌序列X,将其作为细胞神经网络系统的初始条件,再产生另一超混沌序列Y,随机序列Y和原始图像经过变换生成密文图像.在此基础上进行了模拟仿真实验,并对图像密文熵、相关性和直方图以及密钥空间和敏感性等统计特性进行分析,结果表明:该算法图像加密抗攻击性强,安全性好,适于在网络中传播.