基于忆阻细胞自动机的图像像素值置换加密技术.pdf

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1、第4O卷第9期计算机科学Vo1．40No．92013年9月ComputerScienceSep2013基于忆阻细胞自动机的图像像素值置换加密技术王晓东王丽丹段书凯(西南大学电子信息工程学院重庆400715)摘要忆阻细胞自动机是一种全新的细胞自动机，它的响应会引起细胞状态和细胞间链接状态的变化。在分析了忆阻细胞自动机中的细胞间链接状态丰富变化的基础上，设计了一种全新的图像加密算法：以一个w×H的忆阻自动机阵列为公钥，以细胞的初始状态和细胞迭代次数为私钥，将细胞与相邻细胞间的一组链接状态加权后设置成加密矩阵，同

2、时采用像素置换方法对数字图像进行加密。这种加密算法具有较好的混乱特性、扩散特性和良好的保密性、抗蛮力破解特性，能够满足数字图像加密的安全性要求。关键词忆阻细胞自动机，图像加密，像素替换中图法分类号TP391．41文献标识码APixelValueReplacementMethodtoEncryptionImageBasedonMemrisitiveCellularAutomataWANGXiao-dongWANGLi-danDUANShu-kai(SchoolofElectronicsandInformati

3、onEngineering，SouthwestUniversity，Chongqing400715，China)AbstractMemrisitivecellularautomataisakindofnewcellularautomata，anditsoperationcanproducatransformationofcellsstateandmakeits1inkschanged．Weanalyzedthevariedchangeofcellularautomataandthelinksbetweent

4、hecells，thenwedesignedanewencryptionalgorithm：useaWXHcellsautomataarraysasPublic-Key，theinitialstatesandrespondtimeasPrivate-Key，getthelinkSbetweenthecellsasaencryptionmatrixMeanwhile，weusedthepixelvaluereplacementmethodtoencryptaimage．Thisalgorithmhasthea

5、dvantageofconfusionanddiffusionproperties，besides，itowesitsadvantageinfinesecurity，1argekeyspaceanddiffusiomThealgorithmanalyzesturnoutthatthismethodisofhighencryptionefficiencyandsecurity，whichcouldjustmeetthedigitalimagedemandsonsecurity．KeywordsMemristi

6、vecellularautomata，Imageencryption，Pixelvaluereplacement杂的动态特性很适合于数字图像的加密算法。本论文根据忆1引言阻细胞自动机初始状态的敏感性和链接状态的复杂性，提出随着信息技术的发展，数字图像传输应用也越来越广泛，了一种基于忆阻细胞自动机的图像加密算法。该算法很好地图像信息的安全与保密也引起人们的高度重视。因此，寻找改变了图像的统计特性，具有安全性好、密钥量大等特点。实能够改变图像信息的统计特性以及构建庞大的密钥空间，是验分析表明，该方法具有较高的加

7、密效率和安全性。数字图像加密的重要研究方向。本文第2节分析忆阻细胞自动机的动态特性，然后推出近年来，利用细胞自动机(CellularAutomata，CA)进行运用细胞间链接状态的加密算法；第3节中运用该算法对图密码系统的设计吸引了众多学者的关注，其原因就在于CA像进行加密实验并分析加密的效果；最后在第4节中对图像能通过简单的规则来实现复杂的行为模式【l]。1985年，S．加密实验进行了分析并提出了进一步的工作展望。Wolfram首次利用细胞自动机的前向迭代来生成密钥流，开2基于忆阻细胞自动机的数字图像加密

8、算法创了细胞自动机在密码学领域中的应用E。此后很多研究表明，可以通过提高细胞自动机结构的复杂性，如提高细胞自动2．1演化规则的设定E9,1o机的维数或采用动态规则方法，来提高密钥流的周期和安全忆阻自动机是一种以动态激励结构的细胞自动机，每个性(即随机性)_6～。2009年，MItoh和L．O．Chua设计了基细胞通过链接获得与它邻近细胞的信息。每个细胞的状态更于忆阻器的细胞自动机(MemrisitiveCellu