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1、2002年第4期桂林航天工业高等专科学校学报(总第28期)JOURNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY 设计与分析数字图像置乱技术及其Matlab实现刘建华X 李 燕 张昌年(桂林航天工业高等专科学校 广西桂林 541004)摘 要针对近年兴起的数字图像安全保密问题,本文探讨了几种数字置乱加密技术。包括基于几何变换、幻方变换、Hilbert变换的置乱技术,基于采样技术的图像置乱技术,基于生命游戏的图像置乱技术等等。并给出了几个主要算法的Matlab实现代码。关键词 数字图像置乱;Hilbert变换;采样;幻方;生命游戏中图
2、分类号:TN911.73引言为:P′=(A×P)modN,其中:TT随着多媒体技术、信息存储技术和网络的发P=(x,y),P′=(x′,y′)分别为原图和变展,数字图像已成为人们获取信息的主要手段。网ab换后图像的像素位置;变换矩阵A=,满足络上传输的数字图像是纷繁芜杂的,它们有可能涉cd及军事机密、商业秘密或者个人隐私,如何保护这关系:{ad=bc±1
3、a,b,c,d∈Z,Z为整数集合};些图像的安全已经成为各界广为关注的问题。经mod为取模运算。由上式可以得到许多满足要求典密码学对于一维数据流提供了很好的加解密算11的变换,例如A=就是著名的Arnold变换。法,D
4、ES、RSA等著名密码系统得到了广泛的应用。12随着迭代次数的增加,图像逐渐趋于混乱,不过到但这些系统往往忽视了数字图像的一些特殊性质3一定次数时,又将回到原图。如大小为128128的如二维的自相似性、大数据量等。图像置乱技术早图像迭代96次后将回到原图,大小为240×240的期是对模拟图像的位置空间做置换,可以看作从经3图像迭代60次后将回到原图,大小为256256的典密码学中的单表系统扩展而来。对于数字化的图像迭代192次后将回到原图,一般地,可以用下图像,置乱过程不仅可以在数字图像的空间域(色彩空间、位置空间)上进行,还可以在数字图像的频面的Matlab程序测试任
5、意大小的图像迭代多少次域上进行。数字图像置乱即是对数字图像的一种后回到原图。加密方法,它使得合法使用者可以自由控制算法的x=1;y=1;n=240;k=1;3选择、参数的选择以及使用随机数技术,这就加大t=x;x=x+y;y=t+2y;了攻击者非法破译的难度。空间域的图像置乱是whilex～=1&y～=1利用某种算法将一幅图像各像素的次序打乱,但像k=k+1;素的总个数不变,直方图不变,使一幅图像变得“面ifx>n目全非”。x=mod(x,n);1 基于几何变换的置乱技术end几何变换法直观、分散度较好且易于实现。做ify>n法是,对像素个数为N×N的图像F,首先进行某
6、y=mod(y,n);种可能改变图像结构的变换,如放缩或错切变换,end3接着将落在图像区域外的像素重新移回图像内,如t=x;x=x+y;y=t+2y;进行取模运算,得到图像F′。end以取模形式的非线性变换为例,用公式表示kX刘建华,(1972～),湖南衡阳市人。桂林航专计算机系讲师,华东师范大学计算机系在职硕士研究生。9©1994-2006ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net2002年第4期桂林航天工业高等专科学校学报(总第28期)JOU
7、RNALOFGUILINCOLLEGEOFAEROSPACETECHNOLOGY 刘建华 李 燕 张昌年/文基于Arnold变换的图像置乱Matlab程序如下:loadimdemosflower;w0=double(flower)/255;w1=w0;figure,imshow(w1,[]);fork=1:96forx=1:128fory=1:128x1=x+y;变换5次3y1=x+2y;ifx1>128x1=mod(x1,128);end;ify1>128y1=mod(y1,128);end;ifx1=0变换30次x1=128;2 基于采样技术的数字图像变换end;i
8、fy1=0从采样理论的角度看,图像是在二维连续曲面Y1=128;上按照某一间隔和某种策略进行采样所得到的一end;个二维离散点的阵列。不同的采样策略得到的图w1(x1,y1)=w0(x,y);像质量会存在着一定的差异,但在视觉上通常都具end;有基本上相同的形态。先将图像分成大小相同的end;矩形或正方形小块,然后依序抽取其中的一个像素w0=w1;组合成新的图像块,最后按某种排列方式拼成一幅end;新的图像。上述采样方式具有如下特点:①采样过figure,imshow(w1,[]);程不改变原图的直方图,像素只是发生位移;②采置乱效果如下
