基于3D混沌映射和细胞自动机的图像加密方案.pdf

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1、第42卷第7期计算机科学Vo1．42No．72015年7月ComputerScienceJuly2015基于3D混沌映射和细胞自动机的图像加密方案李敬医陈炬桦(中山大学信息科学与技术学院广州510006)摘要为设计高效的、加密性能好的图像加密系统，充分结合混沌映射细胞自动机的良好加密性能，提出了一种基于3D混沌映射和2D二阶细胞自动机的图像加密方案。该算法先利用3D混沌映射对图片像素进行置乱，然后利用2D二阶细胞自动机对图像在比特级别进行更进一步的混淆。该算法属于对称密钥加密，具有较大的密钥空间和并行化的加解密过程。实验结果证明，该算法可以在较小的迭代次数内

2、达到良好的加密效果，不会导致密文扩张，且加密结果能够抵御常见的暴力破解攻击、统计分析攻击和差分攻击，具有较高的安全性。关键词3D混沌映射，2D二阶细胞自动机，图像加密中图法分类号TP309文献标识码ADOI10．11896／j．issn．1002—137x2015．7．0403DChaosMapandCellularAutomataBasedImageEncryptionLIJing—yiCHENJu-hua(SchoolofInformationScienceandTechnology，SunYat—senUniversity，Guangzhou51000

3、6，China)AbstractTodesignahighefficiencyandgoodperformanceimageencryptionsystem，anovelschemewasproposedbasedon3Dchaosmapand2Dsecondordercellularautomata．Inthisalgorithm，imagepixelsarepermutedusing3Dcatchaosmap．Thenindiffusionstage，eachpixelvalueinbitlevelispermutedusing2Dsecondorder

4、cellularautomata．Thisschemebelongstotheclassofsymmetricsystems，whichalsohas8largekeyspace，andbothencryptionandde—cryptionareparalle1．Theresultsofseveralexperimentsonbruteforceattack，statisticalanalysisanddifferentialattackshowthattheschemecanachieveahighsecurityinfewiterationsandwo

5、n’tenlargethecipherimage．Keywords3Dchaosmap，2Dsecondordercellularautomata，ImageencryptiondynskiM等人分别提出了基于可逆细胞自动机的图像加密1引言方案[mix]。传统的加密方案可以有效保护信息安全，但是对于图像本文充分利用了混沌系统和细胞自动机的优点，设计了数据来说则十分低效，因为其不能充分利用图像的特点。一种新的图像加密方案。利用3D混沌映射对图像像素进行混沌系统是一种复杂的非线性系统，其许多性质都非常置乱，利用2D二阶可逆细胞自动机对图像在比特级别进行符合图像加

6、密的需求，比如其对初始值、系统参数的高度敏感混淆，通过两个步骤的多次迭代，完成加密过程。性以及很好的随机性和不可预测性。因此近些年越来越多的23D混沌映射和2D二阶细胞自动机模型学者把混沌系统应用在图像加密上，其中WangX、PatidarV等人将Logistic变换应用于图像加密的置乱阶段_1。J，而2．13D混沌映射ChenG和KansoA等人则把3D猫脸变换应用于像素置乱}昆沌映射对初值的高敏感性，使其成为了图像加密中的和混淆中。彭川等人利用Logistic混沌系统和细胞自动一种有效处理手段。3D混沌映射的基础是Arnold提出的机构造了简单有效的加密

7、方案[6]。猫脸变换m]，它属于一种可逆的混沌映射。其定义如下：细胞自动机(CA)作为Vonc在研究自组织特性的离散(一()mo㈣(1)动力系统时引入的概念，能够通过简单的演化规则表达出复这种线性变换由于其行列值为1，因此是一种保面积映杂的行为模式，非常适合图像加密的实现，尤其是二维细胞自射(Area-preservingMap)。通过上式的矩阵的特征值可以计动机在并行加密方面更是有着天然的优势。早在1985年，WolframE]就提出了将CA运用于流密码上。随后国内外的算Lyapunov指数yl—In(3+√5)／2—0．9624和y2一ln(3一众多学者

8、又将其扩展到图像加密领域，夏学文把二维右触发)／2一