论文研究-基于VTK的三维纹理映射方法的实现及其应用.pdf

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目前大多数图像加密方法都只是针对方形图像的加密,为了解决这一局限性提出了一种同时适用于方形和矩形图像的加密算法。将基于图像拉伸和折叠获得的新二维映射用于图像位置置乱,将含有混沌映射的扩散函数用来改变原图各像素点的灰度值,从而得到位置置乱和灰度置乱相结合的加密算法。实验仿真结果表明该算法能够很好地实现对任意大小和形状图像的加密,且加密效果令人满意。算法具有密钥空间大、密钥敏感性强以及能够抵御统计和已知明文攻击等优点。
2042008,44(31) Computer Engineering and Applications计算机工程与应用 3.2图像加密算法步骤 证明位置置乱加密算法对密钥非常敏感。 图像加密算法可分为5步进行: 加入灰度置乱后,算法中将混沌映射的初值作为密钥K2, (1)取密钥K的第一位暂记为κ,利用新二维映射,对原而 logistic映射对混沌态初始值是很敏感的,这也确保了此加 始图像A(i,j)进行位置置乱,迭代Kn次。 密方案对密钥的敏感性。在密钥K1正确无误的情况下,即使是 (2)转秩置乱后的图像,然后取密钥K1的第二位暂记为K2微小的变化,都无法准确的恢复出原始图像。这里对灰度图 K12,利用新二维映射对转秩后的图像置乱迭代Kn次。 像做了一个实验,用K1=1234,K2=0.2对一个255×200的灰度 (3)然后取密钥K1的第三位暂记为K1,对以上得到的置图像进行加密,密图如图7(a)所示,稍微改变密钥K2的值,则 乱图像利用映射迭代K1次。 解密后图像完全不可读如图7(b),图7(c)所示。只有在K1,K (4)最后取密钥K的最后一位暂记为κμ,对转秩后的图都正确的时才能正确解密出原始图像,如图7(d)所示。 像用映射迭代κ1。当密钥K1的位数以4的整数倍增大时,置 乱方法是以上各步骤的重复 (5)利用密钥K2及 logistic映射和扩散函数,对置乱图像 进行扩散处理得到密图。至此实现了整个图像加密过程。 解密算法与加密算法密钥相同、过程相反。 (a)K1=1234(b)K1=1234(c)K=1234 d)K1=1234 4仿真结果与分析 K2=0.2密图k=0.2000k2=0.199992=0.2解密图 4.1仿真结果 解密图 解密图 为了测试该加密方法的性能,利用 MATLAB对该算法进 图7密钥K2敏感性分析 行了仿真。将400512的灰度图像作为实验图像,在密钥K=4.4灰度直方图分析 1234和K2=0.2的条件下对该图像进行加密。加密结果如图5 两个实例图像在加密前后的灰度直方图如图8所示。 (b)、图5(c)所示 3500 2000 3000 1600 2500 2000 20 1500 800 1000 400 (a)原始图像(b)位置置乱后密图(c)加入灰度置乱后密图 200 图5仿真结果 050100150200250 50100150200250 (a)400×512原图直方图 (b)400×512密图直方图 42穷举分析 对于位置置乱,研究表明,密钥空间大小只和密钥长度有 关。在理想情况下(计算速度允许),密钥长度能无限增加。因此40 300 密钥空间可以无限大。 300 对于灰度置乱,基于 logistic t沌映射的图像加密算法具0 100 有很大的密钥量,以混沌映射 logistic中的x作为密钥,加密的 100 密钥空间可以无限大。然而,由于计算机数字精度的限制,实际 50100 50200250 050100150200250 操作中只能把密钥空间限制在一个小范围内。在此方案中,采 (c)255×200原图直方图 (d)255×200密图直方图 用双精度浮点数作为密钥,由于把密钥输入限制在了(0,1)之 图8灰度直方图分析 间,所以密钥空间为1015~100。 可见试图用穷举方法来进行攻击显然是不能够实现的。 从图像加密前后的灰度直方图进行分析。由图8可以看 43密钥敏感性分析 出,原始图像的像素点集中分布在某些灰度上,而加密图像的 不考虑灰度置乱,仅用K=1234对一个255×200的灰度像素值均匀分布在整个灰度值空间,从而说明该加密方法具 图像加密的密图如图6(a)所示,用K1=1233进行解密,如图6 有很好的灰度均匀分布特性,可以抵抗一定程度的统计分析 (b)所示。用K1=1235解密,如图6(c)所示。可以看到,即使加 攻击。 密密钥和解密密钥仅有很小的差异(1位),也无法解密密图,45相邻像素相关性分析 研究表明图像置乱效果的好坏与相邻像素相关性的大小 存在反比关系,相关性越大,置乱效果越差,相关性越小,置乱 的效果越好。测试置乱图像的水平(垂直)相邻像素的相关性方 法如下:将图像的像素与其水平(垂直)向的下一个像素组成相 邻像素对,然后用下面的公式计算相邻像素的相关性: (a)K1=1234(b)K=1233(c)K1=1235(d)K1=1234 D(x)=1/k∑[x-E(x) (9) 密图 解密图 解密图 解密图 图6密钥K1敏感性分析 (下转207页)

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2019-09-06
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