基于交叉置亂和DNA編碼的混沌圖像加密算法.pdf

1、近些年來，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件計(jì)算能力的增強(qiáng)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及人工智能等技術(shù)不斷發(fā)展，人們已經(jīng)能夠獲取到足夠強(qiáng)大的計(jì)算能力來完成過去看似不可能完成的任務(wù)，例如破解一些圖像加密算法。所以，改進(jìn)傳統(tǒng)圖像加密算法或研究新的圖像加密算法已經(jīng)成為重要的研究目標(biāo)。其中，基于混沌的圖像加密算法獨(dú)樹一幟，越來越多的基于混沌的圖像加密算法被學(xué)者提出來，成為安全領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究話題。但在這些研究中仍存在一些創(chuàng)新問題和性能問題，例如圖像置亂方法低效。作者在閱讀分

2、析大量學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)之上，針對(duì)這些問題提出了如下幾種具有創(chuàng)新性并且滿足安全性能要求的混沌圖像加密算法。
　　(1)基于高效行列交叉置換的混沌圖像加密方法。置亂是混沌圖像加密過程中兩個(gè)主要操作之一，另一個(gè)是混淆。一種高性能且能滿足性能要求的置亂方法必須具有很強(qiáng)且高效的圖像像素的遍歷能力，也就是說能夠最大限度的在不改變?cè)枷袼刂档幕A(chǔ)上將原始像素的位置進(jìn)行改變。本算法利用了一種類似于“擰魔方”的方法來高效的置亂并擴(kuò)散原始圖像，每次

3、同時(shí)操作圖像上下左右四個(gè)方向的行或列的像素。
　　(2)基于脫氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid, DNA)編碼的混沌加密方案。基礎(chǔ)的DNA編碼規(guī)則和DNA操作類型被混沌生成的偽隨機(jī)數(shù)列給動(dòng)態(tài)的更改，直觀的看就像是DNA發(fā)生惡性質(zhì)變的過程。這種性質(zhì)提高了混沌加密圖像過程中的隨機(jī)性和混亂程度，充分地利用了有限的編碼種類和操作類型。DNA編碼的規(guī)則和DNA操作的種類都是動(dòng)態(tài)的決定。
　　(3)基于兩級(jí)加密方案

4、的混沌加密算法。兩級(jí)加密就是一級(jí)以像素為操作粒度，另一級(jí)以比特位為操作粒度。在本算法中，定制化全局耦合映射格子模型(Customized Globally Coupled Map Lattice, CGCML)被首次提出，改進(jìn)了傳統(tǒng)耦合映射格子驅(qū)動(dòng)方程單一化的問題，很大程度上增加了密鑰空間并且擁有更好的全局混沌特性。
　　作者提出的這幾種加密方案是遞進(jìn)關(guān)系。其中，部分(1)著重介紹高效的置亂方法，性能是這部分關(guān)注的重點(diǎn)；部分(2)