混沌數(shù)字圖像加密技術(shù)研究

李磊 謝淑娟

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等各項(xiàng)現(xiàn)代化技術(shù)呈現(xiàn)出突飛猛進(jìn)的發(fā)展速度，通信技術(shù)也出現(xiàn)了相應(yīng)發(fā)展。因此，人們對(duì)于圖像在傳輸過(guò)程中的安全性、穩(wěn)定性以及保密性也開(kāi)始提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)?；诨煦绲臄?shù)字圖像加密技術(shù)具有傳統(tǒng)加密技術(shù)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，從而在數(shù)字圖像加密過(guò)程中得到了廣泛的應(yīng)用。基于此，文章首先從數(shù)值變化、像素位置置亂兩個(gè)方面對(duì)數(shù)字圖像加密技術(shù)進(jìn)行了分析；其次，對(duì)混沌圖像加密技術(shù)的基本方法進(jìn)行了研究；最后，分析對(duì)比了混沌數(shù)字圖像加密技術(shù)與傳統(tǒng)加密技術(shù)之間的區(qū)別。

關(guān)鍵詞：混沌加密技術(shù)；數(shù)字圖像；傳統(tǒng)加密技術(shù)

現(xiàn)階段，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展與進(jìn)步，多媒體通信技術(shù)也開(kāi)始呈現(xiàn)出了一種快速上升的發(fā)展趨勢(shì)。在當(dāng)前的數(shù)字化通訊設(shè)備中，各項(xiàng)多媒體新型先進(jìn)技術(shù)也開(kāi)始被廣泛地運(yùn)用，為人們查詢(xún)、復(fù)制以及各種類(lèi)型的數(shù)據(jù)提供了便利，明顯縮短了查找以及復(fù)制等環(huán)節(jié)的時(shí)間。

一、 數(shù)字圖像加密技術(shù)的研究分析

圖像加密技術(shù)的主要功能是對(duì)于已有的圖像采用某種特定的技術(shù)以實(shí)現(xiàn)某種特定的改變，從而使得經(jīng)過(guò)處理之后的圖像具有加密的作用。同時(shí)，其在視覺(jué)效果上，加密后的圖像與原始圖像之間也有著一定的差異性，具體可以體現(xiàn)在灰度、亮度以及顏色等各個(gè)方面。

（一） 數(shù)值變化的圖像加密

數(shù)值變化的圖像加密技術(shù)主要是采用普通的數(shù)據(jù)流以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密的目的。一般而言，數(shù)值變化的圖像加密主要由秘密分割以及秘密共享兩大部分的內(nèi)容所構(gòu)成。秘密分割，主要是指通過(guò)某種特定的數(shù)據(jù)技術(shù)算法作用于原始圖像上，從而實(shí)現(xiàn)圖像分割的目的，即是將原先完整的圖像分割成若干個(gè)片段，并且將這些分割后形成的圖片片段分別分配給不同的人進(jìn)行保存。在對(duì)這些圖像進(jìn)行恢復(fù)的時(shí)候，只需要讓保管圖像的人全部參與到恢復(fù)圖像的工作中，即可以完成圖像恢復(fù)的相關(guān)工作。秘密共享，主要是指將算法的密鑰分解為若干個(gè)子密鑰，此時(shí)信息接收方只需要兩個(gè)以上的密鑰就能夠?qū)崿F(xiàn)完整的密鑰恢復(fù)。這種算法最鮮明的特點(diǎn)就是在部分子密鑰遺失或者損壞的情況下，仍可得到完整的恢復(fù)密鑰。

（二） 像素位置置換的圖像加密

像素位置置換的圖像加密技術(shù)是目前應(yīng)用非常廣泛的一種加密技術(shù)。其主要實(shí)現(xiàn)的功能上，通過(guò)發(fā)揮數(shù)學(xué)中矩陣置換算法的作用，將各個(gè)像素點(diǎn)通過(guò)矩陣置換的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。為了保證圖像解密的正確性，要求用于置換的數(shù)學(xué)矩陣是可逆的。像素位置置換的方式多種多樣，用得最多的主要有基于運(yùn)算的置換以及按照幻方使得圖像像素位置變換兩種方式。基于運(yùn)算的置換方法主要是將已知的像素坐標(biāo)通過(guò)某種特定的幾何運(yùn)算方法投影到另一個(gè)坐標(biāo)系中，從而達(dá)到原始圖像整個(gè)像素坐標(biāo)系轉(zhuǎn)變的目的。第二種方法主要是通過(guò)已經(jīng)給定的幻方，從而將原始圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)與幻方中給定的元素進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，并且按照對(duì)應(yīng)好的行列元素將對(duì)應(yīng)后的元素進(jìn)行平移。除此之外，當(dāng)然也可以將兩種方法有機(jī)統(tǒng)一起來(lái)共同使用，以實(shí)現(xiàn)混合式的圖像加密技術(shù)。

二、 數(shù)字圖像混沌加密技術(shù)

（一） 數(shù)字圖像混沌加密技術(shù)的含義

在非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中所出現(xiàn)的確定性的以及類(lèi)似的隨機(jī)的過(guò)程被稱(chēng)作是混沌現(xiàn)象。此時(shí)，在非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的設(shè)定值以及變化值都是起著非常關(guān)鍵的作用。隨著混沌現(xiàn)象的不斷發(fā)展與變化，即使設(shè)定值之間只是非常微小的差異，最后均可以得到截然不同的結(jié)果。這樣的過(guò)程是有界的，但是不一定是收斂的?，F(xiàn)階段，隨著混動(dòng)動(dòng)力學(xué)開(kāi)始呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)，混動(dòng)技術(shù)也開(kāi)始逐漸被運(yùn)用于圖像加密技術(shù)中。對(duì)于大部分的數(shù)據(jù)而言，均可以采用混沌加密技術(shù)以實(shí)現(xiàn)圖像加密的目標(biāo)。

（二） 數(shù)字圖像混沌加密技術(shù)的基本方法分析

在混沌數(shù)字圖像加密技術(shù)中，最為常見(jiàn)的主要有兩種：混沌掩蓋加密技術(shù)以及混沌置亂加密技術(shù)，這兩種技術(shù)均可以達(dá)到混沌加密技術(shù)所特有的特點(diǎn)?；煦缪谏w加密技術(shù)，主要是指將混沌序列視作為是偽隨機(jī)的序列，對(duì)于原始圖像中的像素值通過(guò)相關(guān)的掩蓋技術(shù)以達(dá)到掩蓋的根本目的。而在對(duì)加密圖像進(jìn)行解密的時(shí)候，則可以通過(guò)巧妙地使用去混沌序列的有效方法以達(dá)到解密的目的，從而得到恢復(fù)后的圖像。采用混沌置亂的方法，主要是指根據(jù)信號(hào)在頻域中所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，從而對(duì)原始圖像進(jìn)行整體或者局部的置亂。此時(shí)，置亂的方法主要是根據(jù)已經(jīng)選擇的混沌系統(tǒng)，在選擇密鑰的時(shí)候，主要是選取混沌系統(tǒng)中的某些特定的參數(shù)，從而對(duì)于圖像像素的位置進(jìn)行重新排列。

三、 傳統(tǒng)加密算法與混沌加密方法之間的區(qū)別和差異分析

相對(duì)于傳統(tǒng)的加密算法而言，混沌加密技術(shù)有著獨(dú)特的特點(diǎn)，并且有著明顯的優(yōu)勢(shì)，具體可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，混沌數(shù)字圖像加密技術(shù)適用的方法非常豐富，不僅可以采用傳統(tǒng)的加密技術(shù)，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)像素值位置的變化。其次，操作過(guò)程相對(duì)于比較簡(jiǎn)單。當(dāng)對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理的過(guò)程中，通過(guò)使用混沌加密技術(shù)，實(shí)現(xiàn)的整個(gè)過(guò)程相對(duì)于傳統(tǒng)的加密技術(shù)較為簡(jiǎn)單方便，操作步驟簡(jiǎn)單，主要是采用數(shù)學(xué)方法中的簡(jiǎn)單的迭代計(jì)算方法或者是運(yùn)用重構(gòu)的思想即可以實(shí)現(xiàn)，可以明顯的提高加密相關(guān)工作的效率。最后，混沌加密算法的密鑰具有較大的空間。一般情況下，混沌加密算法都是以一般實(shí)數(shù)空間為前提和基礎(chǔ)的，因此，通過(guò)混沌模型的不同則可以選取各種形式的密鑰。

四、 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，混沌數(shù)字圖像技術(shù)具有傳統(tǒng)加密技術(shù)無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)和作用，因此在圖像加密過(guò)程中起著非常重要的作用。同時(shí)，混沌數(shù)字圖像加密技術(shù)已經(jīng)被認(rèn)為是一項(xiàng)具有安全性和可靠性的加密方案。因此，基于混沌的數(shù)字圖像加密技術(shù)已經(jīng)在軍事、工業(yè)以及商業(yè)等各方面都得到了廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉羽飛.基于混沌算法的數(shù)字圖像加密技術(shù)[J].東莞理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2016，23（03）：21-23，68.

作者簡(jiǎn)介：

李磊，江西省南昌市，江西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院；

謝淑娟，江西省南昌市，南昌工學(xué)院。