基于改进Clifford混沌系统的图像加密算法
2022年电子技术应用第6期
张文宇，幸荣盈，李国东
桂林电子科技大学 数学与计算科学学院，广西 桂林541004
摘要： 信息安全是人们日益关注的问题，在大数据时代，很多信息的传输都是通过数字图像进行的。为了减少数字图像在信息传递过程中存在的安全隐患，改进了Clifford系统，通过混沌吸引子图和Lyapunov指数分析改进的Clifford系统的混沌特性，并且基于改进的Clifford系统设计了一种图像加密新算法。该算法先将明文图像像素矩阵转化为二进制矩阵，对二进制矩阵的行和列分别进行循环位移；然后再将明文图像分成9个大小不同的矩阵块，对每个矩阵块进行置乱操作，在块置乱时，块间结合混沌序列进行置乱，块内进行循环位移，保证了每个像素点的位置都发生了变化；最后用混沌序列和置乱后的图像进行异或运算，得到最终的密文图像。仿真实验以及安全性分析说明该算法具有良好的加密效果。
中图分类号： TP391
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211584
中文引用格式： 张文宇，幸荣盈，李国东. 基于改进Clifford混沌系统的图像加密算法[J].电子技术应用，2022，48(6)：73-78.
英文引用格式： Zhang Wenyu，Xing Rongying，Li Guodong. Image encryption algorithm based on improved Clifford chaotic system[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：73-78.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211584
中文引用格式： 张文宇，幸荣盈，李国东. 基于改进Clifford混沌系统的图像加密算法[J].电子技术应用，2022，48(6)：73-78.
英文引用格式： Zhang Wenyu，Xing Rongying，Li Guodong. Image encryption algorithm based on improved Clifford chaotic system[J]. Application of Electronic Technique，2022，48(6)：73-78.
Image encryption algorithm based on improved Clifford chaotic system
Zhang Wenyu，Xing Rongying，Li Guodong
School of Mathematics and Computing Science，Guilin University of Electronic and Technology，Guilin 541004，China
Abstract： Information security is an increasingly concerned issue. As the carrier of information transmission, digital image contains a large amount of information. In order to improve the security of digital image transmission, this paper improves the Clifford system, analyzes the chaotic characteristics of Clifford system through chaotic attractor graph and Lyapunov exponent, and designs a new image encryption algorithm based on the improved Clifford system. Firstly, the plaintext is transformed into a binary matrix. The rows and columns of the binary matrix are circularly shifted. Then, the plaintext is divided into nine matrix blocks with different sizes, and each matrix block is scrambled. In block scrambling, chaotic sequences are used to scramble between blocks, while cyclic displacement scrambling is used to scramble within blocks which ensures that the position of each pixel has changed. Finally, the image is diffused to get the ciphertext. Simulation experiments and security analysis show that the algorithm is safe and reliable for image encryption.
Key words : chaotic system；Clifford system；image encryption；block scrambling；diffuse
0 引言
大数据时代的发展有利有弊，信息高速传递的时候也导致了大量的安全漏洞，越来越多的学者也将保护数据化的隐私问题当成核心研究。与文字信息相比，数字图像相邻像素间的相关性较大、所含信息容量大并且数据冗余性强，所以数字图像加密不适合应用传统加密技术(如AES和DES)。而混沌系统有伪随机性和初始值很敏感等特性，很适合用来图像加密，而应用混沌系统对图像加密也成为现代科研的热点。赵洪祥等人[1]针对以往的Henon映射存在的混沌空间小，在加密时安全性低的问题，对传统的Henon映射进行了创新，并利用创新型Henon映射对图像进行加密，其采用分块的方式对图像进行加密处理，很大程度上减少了算法的运行时间；马开运等人[2]针对明文图像与加密密钥无关引起的安全性问题，提出了将Logistic映射所迭代的混沌序列和明文图像相结合生成的密钥当作三维Chen系统迭代的初始值，再运用Fisher-Yates算法对图像进行置乱操作，该算法可以抵御大多数攻击；Wang等人[3]针对低维混沌系统安全性不高，设计了一个新型的六维混沌系统，结合比特置乱和DNA编码技术对图像进行加密；Xian等人[4]提出一种基于螺旋变换的置乱方法，该方法在一次加密过程中可以引起所有像素点位置的变化，巧妙地简化了图像置乱过程。扩散算法利用两个混沌序列来提高扩散过程的效率。
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作者信息：
张文宇，幸荣盈，李国东
(桂林电子科技大学 数学与计算科学学院，广西 桂林541004)
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