基于混沌加密的一种数字图像水印算法的改进
一种基于混沌映射的快速图像加密算法优化
一种基于混沌映射的快速图像加密算法优化乔建平;邓联文;贺君;廖聪维【摘要】为了解决现有图像加密算法存在随图像尺寸变大导致加密时间迅速增加的问题,采用基于logistic和Arnold映射的改进加密算法实现了快速图像加密算法的优化.该算法基于两种混沌映射对原文图像进行像素置乱和灰度值替代,像素置乱是按图像大小选择以H个相邻像素为单位进行,通过适当调整H的取值实现加密时间优化;灰度值替代是利用Arnold映射产生混沌序列对置乱图像进行操作而得到密文图像.结果表明,对于256×256的Lena标准图像,加密时间降低到0.0817s.该算法具有密钥空间大和加密速度快等优点,能有效抵抗穷举、统计和差分等方式的攻击.%In order to solve the rapid increase of the encryption time because of the increasing image size in the existing image encryption algorithm , the optimized encryption algorithm based on logistic and Arnold mapping was used to achieve the optimization of the fast image encryption algorithm.The algorithm was based on two kinds of chaotic maps to the original image , pixel scrambling and gray value substitution.Pixel scrambling was to select the H adjacent pixels according to the image size , appropriately adjust the H value and realize the encryption time optimization.Gray value substitution is to generate chaotic sequences by Arnold mapping , operate the scrambling image and get the cipher image.The results show that , for 256 ×256 Lena standard images, the encryption time is reduced to 0.0817s.The algorithm has advantages of large key space and fast encryption speed, and can effectively resist the attack of exhaustive , statistical, and differential means.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2017(041)006【总页数】7页(P897-903)【关键词】图像处理;图像加密;混沌映射;Lena图像【作者】乔建平;邓联文;贺君;廖聪维【作者单位】中南大学物理与电子学院超微结构与超快过程湖南省重点实验室,长沙410083;中南大学物理与电子学院超微结构与超快过程湖南省重点实验室,长沙410083;中南大学物理与电子学院超微结构与超快过程湖南省重点实验室,长沙410083;中南大学物理与电子学院超微结构与超快过程湖南省重点实验室,长沙410083【正文语种】中文【中图分类】TP309.7近年来，随着互联网、多媒体以及通信技术的快速发展和普及，信息的安全传输显得尤为重要。
基于混沌加密和HVS在数字水印算法中的应用
基于混沌加密和HVS在数字水印算法中的应用摘要：针对混沌系统和人类视觉特性改进一种鲁棒性数字水印算法。
原始图像经过离散小波变换提取子带系数，二值灰度数字水印图像信号在嵌入时经过Logistic混沌映射预处理，结合人眼视觉特性，水印图像嵌入到重要的子带系数中，实验证明该方案对常见的图像处理如噪声、剪切、旋转等攻击具有很好的鲁棒性。
关键词：数字水印；混沌映射；人类视觉特性本文在小波变换域利用混沌加密和人类视觉特性改进一种盲数字水印方案。
其中混沌加密使用logistic混沌映射，考虑到图像子带的纹理和亮度特性，数字水印选择嵌入到小波变换后的重要系数中，实验证明了该方法的可行性。
1数字水印算法中的混沌加密和HVS特性1.1混沌加密混沌现象是在非线性动力系统中出现的确定性的、类似随机的过程，这种过程既非周期又不收敛,并且对初始值有极其敏感的依赖性。
例如两个相对接近的初始变量将使系统发散。
由于这种敏感性，即使系统是确定性的，混沌系统也是接近随机的。
混沌系统可以被用作一个伪随机发生器，能够产生大量非周期、类噪声、可重复的序列。
一维离散混沌映射定义是：F：U→U，U R，z(n+1)=F(z(n),λ)，z(n)∈U，λ∈R，n=0，1，2……是映射迭代值，λ是控制混沌映射动态行为参数。
在本算法中，映射的初始变量作为数字水印的密钥。
最简单的映射是logistic混沌映射，定义是：xk+1=μxk(1-xk)。
logistic混沌映射的显著特征是它形式的简单性（二次差分方程）和它动态的复杂性。
当3.6≤μ≤4时，映射处于混沌状态。
产生一系列的量化序列后，可以产生接近0，1的二值序列s(n)∈{0,1}。
定义数字水印图像w有256个灰度级和m×n个像素，二维的数字水印转化为一维线性序列w1={w1(i)∈(0,1),0≤i＜m×n}。
二值混沌序列p={p(i)|p(i)∈{0,1},0≤i≤m×n}用下面公式（1）调制水印图像。
基于混沌加密的DWT域数字图像水印算法的研究
于具有 优 良的特性 ， 已广 泛应 用 于保 密通信 中。
到目 前为止， 已经有许 多文献对 于水 印的隐藏 和提取做过研究 ， 数字水 印的算法多种 多样 ， 大致可 以分为在时空域和变换域进行两类。数字水印应满 足不可感知性、 可靠性 和稳 健性等要求 。本文根据
人 眼视 觉 系 统 模 型 对 图 像 感 知 的特 点 ， 于混 沌 序 基
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第２ ４卷 第 ５期
２０ ０ ８年 ５月
吉 林 工 程 技 术 师 范 学 院 学报
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｉｎＴｅ ｃ ｅｓＩｓｉ ｔ ｎ ｉｅｒｎ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆ ］ ａｈ ｒ ｎｔ ｕｅｏ Ｅ ｇｎ ｅ ｇａ ｄＴｅｈ ｏｏ ｙ ＪＪ ｔ ｆ ｉ
Ｖｏ ４ Ｎｏ ５ ｋ２ ．
Ｍ ａ．２ ８ ｙ ００
基于混沌 加密 的 Ｄ ＷＴ域数字 图像 水 印算法 的研 究
翟 朗
（ 吉林工商学院 计算机系， 吉林 长春 １０６ ） ３０２
［ 摘
要］ 数字水 印技术 向多媒体作 品中加入 不易察觉但 可以判定 区分 的秘 密信息 ， 从而 起到保护数字
・
６ ８・
吉林 ５ －程 技 术 师 范 学 院 学 报
２０ 年 ５ ０８ 月
统的研究集 中于应用领域 ， 特别是在通信 方面 的应 用 。这是 因为 混沌 系统 的类 随机 特 性 十分 适合 于 通 信 系统 中 的噪 声 伪 装调 制 。更 重 要 的 是 ， 据 混 沌 根 系统对初值 的敏感性 ， 以获得数量众多、 可 非相关、
列利用人眼视觉掩蔽 效应 提 出了一种 Ｄ ＷＴ域 图像
水 印算 法 。
的经典加密理论。由于在变换 中设 置不 同的参数和
基于混沌加密的dwt域数字水印算法
ＨＬ ，Ｌ ，ＨＨ２ ２ Ｈ２ ，ＨＬ ，Ｌ 和ＨＨ Ｉ Ｈ１ 。几幅 图像子带特 性 的分析有以 一些情况 ：二层低 频子带的能量 大约占 图像信 号总能量 的９ ％，第一 层低频子带的能量大约 占 ５
块能量的计算法方法如 下：
（
（） ２
一
一
一
图 像信 号总 能量 的９ ．％（ 图 １ 示 ） ７５ 如 Ｎ 。
得 １个 子 带 ，从 低 到 高 分 别 为 Ｌ ， ＨＬ ，Ｌ ０ Ｌ Ｈ ，ＨＨ ，
仪很容易在有损数据压缩 中丢失 ，而且 低通滤 波与噪声 干扰等常 见的操作对其也会造成较 大的影 响 ，因而 在水 印嵌入过程 中，应将对 角子带排 除在 外 ，只考虑水平和
垂直子带的分块能量。
嵌 入隐蔽 的标 ｉ （ 印） Ｅ水 ，要 求所嵌入 水印对于 常用的信
号处 理 方 法 有 鲁 棒 件 ，同 时 要 求 嵌 入 水 印信 息 后 不 会 引 起 图 像 质 量 的 明显 降 。 水 印 算 法 根 据 数 字水 印加 载 方 法 的 不 同 ，可 分 为 两 大 类 ：牵 间 域 和 变换 域 水 印算 法 。
印嵌 入算 法。为了在水 印不可见性和鲁棒性之 间达到折 中 ，本文算法对载 体图像进行三级小波分解 ，将水印嵌 入在 第三级分解细 节子带块能量 较大（ 系数较 大） 即 的块 中。由于在相 同分辨率 下，对 角子带的重要性 最低 ．不
２ 小波变换
采用二维离散小波变换做 图像的三级小波分 解 ，获
一
１ 混沌系统
混 沌理论及混沌现象是非线性 科学研 究中最重要的 组成部分之 一。混沌现象是在非线性 动力学系统中 出现
的 确 定 性 的 、 类 随 机 的 过 程 。这 种 过 程 非 周 期 、不 收 敛
一种新的基于混沌序列数字水印的图像置乱技术
一种新的基于混沌序列数字水印的图像置乱技术图像置乱的主要目标是将一个有含义的图像转换为一个无意义或者无序的图像，从而增强该图像抵抗攻击的能力和安全性。
本文提出了一种新的基于混沌猫映射的图像置乱方法。
首先我们使用混沌猫映射来打乱数字图像的像素坐标值，然后在原数字图像的像素值和一些基于加密参数、迭代次数、坐标的混沌值之间进行异或运算。
这是一个新的用与统计加密图像统计特性的传播技术。
此方法易于实现、满足置乱效果且可以作为数字图像加密与伪装的预处理过程。
关键词：图像置乱，数字水印，混沌序列，混沌猫映射1.简介数字图像置乱的主要目的是作为数字图像加密隐藏的预处理或后期处理而将一个有含义的图像转换为一个无意义或者无序的图像从而增强该图像抵抗攻击的能力和安全性。
[1]这种数字图像加密置换方式需要申请“置换”和“扩散”机制。
置换是用于转换数字图像的像素坐标值，而扩散是用于转换数字图像的像素值，这两种方式用于统一加密图像的统计特性和使加密图像的明文、密文关系更加复杂。
但是，所有显存的方法都存在下面提出的一些问题。
在本文，我们首先使用混沌猫映射打乱数字图像的像素坐标值。
基于混沌猫映射，我们使用一种新的扩散技术来统一加密图像的统计特性。
基于加密参数、迭代次数、坐标的混沌值将会和数字图像原先的像素值进行异或运算。
从而我们获得加密信息，为了恢复加密图像，我们需要对加密图像使用逆异或运算和逆混沌猫映射。
混沌猫映射对于初始值非常敏感，从而确保了无序过程的唯一性和不可破性。
我们提出的该项技术可以直接用于数字水印，数据加密，信息隐藏等等技术。
最后，实验结果显示该项新的扩散技术可以解决很多问题，这种方式对于统一加密图像的统计特性非常有效，并且该方法的有效性很高。
2.相关工作和问题据参考[3,4],猫混沌映射是一种由Arnold和Avez提出的混沌模型。
数字图像可以被置换和映射定义为如下：为了对混沌猫图申请加密，我们需要一些加密参数。
对一种基于混沌映射的对称图像加密算法的改进
Ａ ｓ ａｔ ｎｒｆ［３ ａｓｍｍｅｒ ｍａｅｅｃｙ ｔ ｎｓｈ ｍｅｉ ｐｏ ｏ ｅ ，ｗｈｃ ａｅ ｎ３ ｈｏｉ ｃｔｍａ ｓ ｎ ｂｔ ｃ Ｉ ｅ． １ ， ｙ ｒ ｔｉ ｉ ｇ ｎ ｒｐｉ ｃ ｅ ｒｐ ｓｄ ｃ ｏ ｓ ｉｈｉ ｂ ｓｄｏ Ｄ ｃ ａｔ ａ ｐ．Ｉ ｓ ｃ ｒＬ［］ ｅｕｉ ｎ ｌ ｉ ｈ ｓ ｅｎｃｒ ｅ ｕ ｒｈ ｃ ｅ ， ｎ ｏｎｅ ａ ｅ ｅｆｒ ｎｅｉ ｐ ｏ ｅｉ ａｃ ｅ ２ ，ａｓｃ ｒ ｙａａｙ ｓ ａ ｅ ａｒ ｄｏ ｔ ｏ ｅ ｈｍｅ ａｄｐ ｉｔｄｔ ｔ ｈ ｒ ｍａ ｃ ｏｒｉ ｒｓ ｔｎｅ ｔ ｓ ｂ ｉ ｆ ｔ ｓ ｈ ｔ ｐ ｏ ｓ ｎ ｓ
ａ ｃ ｆｃ ｏ ｅ ｌｉ ｇ ｔａ ｋ ｎ ｅ ｏ ｈ ｓ ｎ ｐ ａ ｎ ｉ ｍａ ｅａ ｔ ｃ ．Ａｔｔ ｅ ｓ ｍ ｅｔ ｅ ｈ ａ ｉ ，ｗｈ ｃ ｌｏ ｐ ｅ ｅ ｖ ｓｔ ｅｇ ｏ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅａ ａ ｎ ｔｏ ｈ ｒ ｔａ ｋ ． ｍ ｉｈ ａ ｓ ｒ ｓ ｒ ｅ ｈ ｏ ｄ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｇ ｉｓ ｔ ｅ ｓ ａ ｔ ｃ ｓ Ｋｅ ｗｏ ｄ Ｃｈ ｏ ｙ ｒｓ ａ ｓｉ ｇ ｎ ｒ ｐ ｉ ｎ ｓ ｈ ｍｅ Ｄ ｔ ｍａ ，Ｃｏ ｏ ｉｅ ｄ ｓ ｒ ｔ ｈ ｏ ｉ ｙ ｔ ｍ ，Ｃｒ ｐ ａ ａｙ ｉ ，Ｃｈ ｓ ｎ ｍａ ｅ ｅ ｃ ｙ ｔ ｃ ｅ ，３ Ｃａ ｐ ｏ ｍｐ ｓ ｔ ｉｃ ｅ ｅ ｃ ａ ｔｃ ｓ ｓ ｅ ｙ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｏｅ ｐ ａｎ ｉ ｇ ｔａ ｋ ｌｉ－ｍａ ｅ ａ ｔ ｃ
基于混沌算法的图像加密技术研究
基于混沌算法的图像加密技术研究图像加密技术是一种将数字图像转化为不可读的密文，以保护图像的安全性和隐私性的方法。
在信息传输和存储过程中，图像加密技术起到了至关重要的作用。
随着计算机技术的不断发展，混沌算法作为一种新型的加密技术，逐渐引起了研究者们的兴趣。
本文将以基于混沌算法的图像加密技术为研究主题，系统地介绍混沌算法在图像加密中的应用和研究成果。
首先，我们来了解一下混沌算法。
混沌是一种表现出无序、不可预测性和敏感性依赖于初始条件的动态行为的系统。
混沌算法通过利用这种系统的特性，将图像中的像素值进行随机重排或者替代，以实现对图像的加密。
在基于混沌算法的图像加密技术中，最常见的方法是混沌映射法。
混沌映射法通过选择适当的混沌映射函数，将图像中的像素值和密钥进行混淆，从而实现图像的加密。
常用的混沌映射函数有Logistic映射、Tent映射、Henon映射等。
这些映射函数具有迭代快速、初始值敏感等特点，能够有效地对图像进行加密。
在具体的图像加密过程中，混沌算法通常与其他加密算法结合使用。
最常见的是混合加密算法，即将混沌算法和传统的对称加密算法（如AES算法）结合使用。
首先，将图像进行分块处理，然后使用混沌算法生成随机数序列作为密钥，并将密钥和图像的像素值进行异或操作。
接下来，采用对称加密算法对密钥进行加密，进一步提高了图像的安全性。
在解密过程中，按照相反的步骤进行操作，即先使用对称加密算法解密密钥，再将密钥和密文进行异或操作，最后利用混沌算法恢复原始图像。
除了混淆像素值和密钥之外，基于混沌算法的图像加密技术还可以采用其他手段对图像进行加密。
例如，可以通过对图像进行像素位移、差分扩散、像素替代等操作，进一步增加图像的复杂性和随机性，提高加密强度。
此外，还可以引入模糊化技术和水印技术，使得加密后的图像满足一定的鲁棒性要求，以增强图像的安全性和可用性。
基于混沌算法的图像加密技术具有许多优点。
首先，混沌算法具有天然的随机性和不可预测性，能够充分满足图像加密的安全性要求。
基于混沌加密的数字水印新方法研究
Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ａ ｔ ； ＤＷ Ｔ；ＨＶＳ； ｂ ｎ ｒ ｇ ｉ ｉ ｌ ｔ ｒ ｒ ； ｉ ｆ ｒ ｔ ｎ ｈ ｄ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ： ｈ ｏ ｉ ｃ ｉ ａｙ ｉ ｍａ ｅｄ ｇ ｔ ｅ ｍａ ｋ ｎ ｏ ｍａ ｉ ｉ ｉ ｇ ａ ｗａ ｏ
２ ｏｔａｅ ｎｔｕｅ ｆ ｉｍ ｎＵ ｉ ｒｉ Ｘａ ｅ ６ ０ ５ ． ｆ ｒ Ｉｓ ｔｔｏ Ｘａ ｅ ｎｖ ｓｔ ｉｍ ｎ３ １０ ） Ｓ ｗ ｉ ｅ ｙ。
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈｓｐ ｐ ｒ ｓ ｒ ｃ ： ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ．ｗｅｐ ｏ ｏ ｅａ ｇ ｉ ｉ ｌ ｔｒ ａ ｋ ｎ ｌ ｏ ｉ ｍ ａ ｅ ｎ ｃ ａ ｔ ｎ ｒ ｐ ｉ ｎｉ ｅ ｕ ｎ ｙ ｄ ＿ ｒ ｐ ｓ ｎｉ ｍａ ｅｄ ｇ ｔ ｅ ｍ ｒ ｉｇ ａｇ ｒｔ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｏ ｉ ｅ ｃ ｙ ｔ ｆ ｑ ｅ ｃ ｏ ａ ｗａ ｈ ｃ ｏ ｎｒ ｍａｎ Ａ ｉ ａｙ ｉ ｇ ａ ｒ ｉ ｇｃ ｐ ｒｇ ｔ ｎ ｏ ｍ ａｉ ｎ ｉ ｕ ｅ ｓｗａｅ ｎ ｒ ｉ ｇａ ｄｉ ｎ ｒ ｐ ｅ ｙ ａｃ ａ ｔ ｅ ｕ ｎ ｅｃｐ ｅ ｉ ． ｂ ｎ ｒ ｍａ ｅｃ ｒｙ ｎ ｏ ｙ ｉｈ ｆ ｒ ｔｏ ｓ ｄａ ｔ ｎ ａ ｋ ｎ ｎ ｅ ｃ ｙ ｔｄ ｂ ｈ ｏ ｉ ｓ ｑ ｅ ｃ ｉ ｈ ｒ ｉ ｓ ｓ ｃ
（ ． ｈ ｏ ｏ ｏ ｐ ｔｒ ｃ ｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏｙ Ｃ ａｇ ｈ ｎＵ ｉｅｓｙｏ Ｓ ｉ ｃ ａ ｄＴｃ ｎ ｌ ｙ Ｃ ａ ｇ ｈｎ１０ ２ ； １ ｃ ｏ ｌｆＣ ｍ ｕｅ Ｓ ｉ ｃ ａ ｄＴｃｎ ｌ ． ｈ ｎ ｃｕ ｎｖｒｉ ｆ ｃｅ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ￣ ｈｎ ｃｕ ３０ ２ Ｓ ｅ ｇ ｔ ｎ ｇ
一种改进的基于混沌系统的数字图像加密算法
矩阵对待加密图像进行预处理 ； 然后利用二维非线性 Ｈ ｎｎ映 ｅｏ 射对图像像素灰度值进行循环加密 ， 每一轮加密 中的迭代次数
也 由一维 Ｌ ｇ ｔ ｏｉｉ ｓｃ混沌系统生 成。实验表 明该算法具有较好的
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第２ ４卷 第 ４期
２０ 年 ４月 ０７
计 算 机 应 用 研 究
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｍｐ ｔ ｒ ｐ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｆＣｏ ｕ ｅ ｓ ｃ ｏ
Ｖｏ ＿ ４． ． ｌ２ Ｎｏ ４
Ａｐ ｉ ０ ７ ｒ ２ ０ ｌ
ｎｅｎ ． ｉｉｎＵ ｉ ｒｔ， ｉａ ｈ ｎｉ １０ １ ｈｎ ） ｅｒ ｇ Ｘｄａ ｎｖ ｓｙ Ｘ ’ ｎＳ ａｘ ０ ７ ，Ｃ ｉａ ｉ ｅｉ ７
Ａ ｂ ｔａ ｔ： Ｔｈ ｓｐ ｐｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｍａ ｅ ｅ ｃ ｙ ｔｏ ｇ ｒｔ ｓｒ ｃ ｉ ａ ｒａ ａ ｙ ｅ ｎ ｉ ｇ ｎ ｒ ｐｉ ｎ ａｌｏ ｉ ｈｍ ｓ ｄ ｎ ｈａ ｓ ｓ ｔｍ ｄ ｐ ｅ ｅ ｅ ａ ｘｅ ｅ ｌｏ ｉ ｂａ ｅ ｏ ｃ ｏ ｙｓｅ ｍｉ ｒ ｓ ｎｔｄ ｎ ｅ ｔｎｄ ｄ ａｇ ｒｔ ， ｈｍ
容的保护技术 ， 实现对图像信息的隐藏保 护。数字 图像作为特 殊的数字信息 ， 应用传统的基于文本信息 的加 密技术进行加 密 时， 由于数字 图像信息量大 ， 效率会很低 ， 不便 于实 际应用 。近
从而影响算 法的实际应用 。在不 降低加 密算 法安全性 能的前 提下 ， 如何进一步提高算法 的效率是一个需要解决的问题 。 文献 ［ ］ 出了一种基于混 沌系统 的数字图像加 密算法。 ６给
一种基于混沌的数字图像加密算法
（ 黑龙江计算 中心 ， 黑龙江 哈尔滨 １ ０ ３ ） ０ ６ ５
摘
要 ： 出 Ｉ 一 于 Ｌ ｇｓ ｉ映射的混沌 图像枷街算法 ， 提 ｒ 种塔 ｏ ｉｔ ｉＣ 为了提高算法的安全性 ， 采用循环移位进一步扰乱囝像像素值 ， 得到最 终 的加密 图像。实验证 Ｈ该算法具有易 丁实现 ， ｊ 】 计算速度快 、密钥空间大 、可以抵抗 唯密文攻击等ｔ点 。 ｝ 亡
２ 混 沌加 密 原 理
混沌理论（ ｈ ｏｉ Ｔ ｅ ｒ ） Ｃ ａ ｔ ｈ ｏｙ 是近三十年才兴起的科学 ｃ 革命 ， 它与相对论及量子力学被列为二 十世纪的最伟大发 现和 科学传 世之作。量子力学质疑微观世界 的物理 因果 律， 而混沌理论则否定了包括宏观世界拉普拉斯（ ａ ｌｃ ） （ ｐａ ｅ Ｌ
１ 引 言
随着 多媒 体和 网络通 信技 术 的不 断发展 和迅速 普
加密算法 ， 改进 了基于 Ｌ ｇｓｉ 映射 图像加密方法。通常 ｏｉ ｃ ｔ 的方 法是首先产生一幅与待加密 图像尺 寸相 同的混沌图 像， 然后用该 混沌 图像 与原始 图像进 行异或运算 。为 了 进一 步打乱像素值 ， 高加密的安全性 ， 提 增加破译难度 ， 本文的算法 对异或运算结果 的每一像 素的灰度值 进行循 环移位 ， 得到最 终的加密 图像 ， 当需要对加密 图像进行解 密时， 只要把加密 图像的每一像素值像反方 向循环移位 ，
从 而适用于 网络传输 。接收 端在解码 后方可进 行解密 。
为国际非线性科学和信息科学两个领域交叉融合 的热门 前沿课 题之一 ， 也是 国际上 高科技研 究 的一个 新领域 。
混沌现象是在非线性动力系统 中出现 的确定性 、类似随
机 的过程 ， 这种过程 既非周期又非收敛 ， 并且对初值 具有
基于混沌和脆弱水印的图像篡改检测算法
基于混沌和脆弱水印的图像篡改检测算法作者：刘敏陈志刚邓小鸿来源：《计算机应用》2013年第05期摘要：针对现有基于脆弱水印方法的不足，提出了一种新的结合混沌系统和脆弱水印的图像篡改检测算法。
算法首先利用Arnold cat映射对原始图像进行k次置乱，然后选取置乱图像的最低有效位（LSB）平面作为水印嵌入位置，实际嵌入的水印由Logistic混沌映射产生的随机二进制序列与原始水印异或得到，通过LSB替换算法嵌入。
最后对LSB替换后图像进行T-k次的Arnold cat映射得到水印图像。
实验结果表明，混沌系统的引入大大增强了脆弱水印的安全性；另外，针对不同种类的攻击，算法具有良好的篡改检测和定位精确性。
关键词：混沌映射；脆弱水印；篡改检测；定位；安全性0引言随着网络和移动计算技术的飞速发展，越来越多的数字图像通过公网进行传输，图像的内容安全受到极大挑战。
不断发展的数字图像处理技术也使得图像的篡改变得越来越容易，为了保证数字图像本身的使用价值，对网络上发布的数字图像进行篡改检测是十分必要的。
图像的篡改检测即对图像的完整性进行认证，一旦证实图像遭到修改能正确定位篡改发生区域[1]。
图像篡改检测方法主要有两种。
一种是基于数字标识的方法[2]，此类方法通过安全Hash函数得到整幅图像的认证码，然后将认证码随图像一起发布，接收端收到图像后重新计算认证码来判定图像是否遭到篡改；这类方法虽然简单有效，但不能定位篡改发生区域，而且需要额外的空间来存储图像的原始认证码。
另外一种行之有效的方法是基于水印的方法，此类方法很好地解决了前一种方法的不足，通过将图像的认证水印以不可见方式嵌入在图像像素本身，不需额外空间并能实现篡改区域的定位。
鉴于脆弱水印对图像像素修改的敏感性，绝大部分基于水印的图像认证方法采用脆弱水印技术[3-7]。
目前提出的基于脆弱水印的图像认证方法大致可分为两大类。
第一类是基于像素的图像认证方法，这类方法为了实现对每个像素点的精确认证，需要将图像全部像素值嵌入在图像本身，水印嵌入容量的瓶颈问题制约了该方法的广泛使用。
基于混沌算法的数字图像加密技术
收 稿 日期 ：２０１５—０２—２０ 作者简介 ：刘羽飞 （１９８９一 ），男 ，广东韶关人 ，硕士 ，主要从事 自动化检测装置及检测技术 ，数 字图像处 理研究 。
东 莞 理 工 学 院 学 报
２０１６正
Ｒ ｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ＥｌｅＣｔｒｏＣａｔａＩｙｔｉＣ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ
Ｌ＿Ｕ Ｐｅｎｇ ＺＨ ＡＮＧ Ｍ ｉｎ Ｃ ＨＥＮＧ Ｆａｌｉａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｏｎｇｇｕａｎ ５２３８０８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｅｎｅｒｇｙ ｃｒｉｓｉｓ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｈａｓ ｔｈｅ ｖｅｒｙ ｖｉｔａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ｃｏｎｃｅｒｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ． Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｄｅ— ｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｉｎ ｒｅｖｉｅｗｉｎｇ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒ ｃｈ ｈｉｓｔｏｒｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｒ ｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ．
匙 的安全性分析 。表 明了这种基 于混沌算法的加 密 系统具有 良好的安全性 ，快速性 。
关 键 词 ：混 沌 ； 图像 加 密 ；Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映 射
基于混沌加密的DCT域数字水印算法
像 Ｍ’ Ｌ （ ｆ ， ７ ） 。 第二步 ： 对加密后的水印 图像 Ｍ Ｌ ｆ ， ７ ） 进行解 密 ， 先利用 Ｌ ｏｇ ｉ ｓ ｔ ｃ 变 懈 （ 换， 再进行二值化处理即可得到原始水印图像 。 ４ ． 实验结果与分析 ４ ． １ 数字水印的性能评估 指标 （ １ ） 峰值性 噪ｌ ￣ （ Ｐ ｅ ａ ｋ Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ — ｔ ｏ — Ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ Ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ， 简称 Ｐ Ｓ Ｎ Ｒ ）
＝
统在【 Ｏ ， １ １ 上 的 定 义如 下 ： ＋ ｌ ＝， Ｉ ｘ （ １ －Ｘ ｋ ） ， Ｃ －（ Ｏ ， １ ） （ １ ． １ ） 其中， Ｅ（ ｏ ， １ ） ， 参数 ０ ＾≤４， 当３ ． ５ ６ ９ ９ ４ ５ ６ …＜ ４时 ， Ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ
其 中 是 当前状 态 ， 厂 把 当前状态 映射 到下一个状态 ｚ ， 是参数 ， 随着 的逐渐增 大 ， 迭代 会 出现 多次突 变 ， 系统 进入混 沌状 态 。Ｌ ｏ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ 映射 生成混沌 序列 的方 法有实数 值序列 ， 二值 序列 ， 比特 序 列 。实 数值 序 列 由选 定 的 ｚ 。和 ＾代 入 式 （ １ ． ２ ） 得 到 实 数 值 ｛ ａ Ｔ ； ＝１ ， ２ ， ３ … ｝ ， 是混沌 映射 的轨迹点 所形成 的序列 。二值序 列通 过 定义一 个符号 函数 Ｓ ｉ ｇ ｎ 来对二值 序列进行 置乱加密 。由实数值混 沌
基于混沌力 口 密昀 Ｄ Ｃ Ｔ域数字水印算 法
西安 文理 学院物理 与机 电３ － 程 学院
基于混沌系统的数字水印设计与算法研究
基于混沌系统的数字水印设计与算法研究一、前言数字化时代的到来，使得数字内容的传播变得更加快捷、便利，但是也带来了一系列的问题。
其中，数字内容防抄袭和保护成为了亟待解决的问题。
因此，数字水印作为一种可靠且难以被删除的数字版权保护技术被广泛应用。
基于混沌系统的数字水印设计与算法研究，就是为了解决数字内容保护这一问题而提出的。
本文将从如下几个方面进行阐述：数字水印技术概述、混沌系统的基本原理、基于混沌系统的数字水印设计与算法研究、实验结果分析以及总结与展望。
二、数字水印技术概述数字水印技术是将特定的数字信息嵌入到原始载体中，以达到保护数字版权和防抄袭的目的。
基本的数字水印系统包括两个部分：嵌入过程和提取过程。
嵌入过程是将一个特定的信息（数字水印）嵌入到原始载体（如音频、视频、图像等）中，使得该载体的主要内容不受影响，并且保证数字水印的隐私性和不可见性。
提取过程是从水印载体中提取出数字水印，以检测副本、鉴别版权、验证真伪等。
数字水印技术的应用领域十分广泛，包括数字版权保护、影像存储、金融领域、身份识别等等。
三、混沌系统的基本原理混沌系统是一种复杂的非线性系统，其演化过程具有随机性、复杂性和不可预见性等特点。
混沌系统在密码学领域、数字水印领域、图像加密等方面得到了广泛应用。
混沌系统有许多不同的类型，但其中最具代表性的应该是著名的Lorenz混沌系统。
Lorenz系统是一个基于三个方程的非线性动力学系统。
它的三个方程用于描述在匀速流体中传热过程中的一种流体的流动：$$ \frac{dx}{dt} = \sigma(y - x) $$$$ \frac{dy}{dt} = x(\rho - z) - y $$$$ \frac{dz}{dt} = xy - \beta z $$其中，x、y、z是三个描述流体速度、密度等物理量的变量，t 是时间。
$\sigma$、$\rho$、$\beta$是系统的物理参数。
通过改变这些参数的值，我们可以得到不同的Lorenz混沌图形。
基于混沌加密和HVS在数字水印算法中的应用
摘 要 ： 对 混 沌 系统 和 人 类 视 觉 特 性 改 进 一 种 鲁 棒 性 数 字 水 印 算 法 。原 始 图像 经 过 离散 小 渡 变 换 提 取 子 带 系数 ， 针
一
Ｆ（ （ ，） （ ） ｚ ） Ａ ， ” ∈Ｕ， ∈Ｒ， 一０ １ ２ …是 映 射 迭 代 ” ， ，…
值 ， 控 制 混 沌 映 射 动 态 行 为 参 数 。 在 本 算 法 中 ， 射 是 映 的 初始 变 量 作 为 数ห้องสมุดไป่ตู้字 水 印 的密 钥 。最 简 单 的 映 射 是 ｌｇｓ ｏ ｉ— ｔ ｉ 沌 映射 ， 义是 ： １ ｚ （ 一 ） ｃ混 定 ｚ ＋ 一 ｌ １ 女 。 ｌｇｓｉ 混 沌 映 射 的 显 著 特 征 是 它 形 式 的 简 单 性 （ ｏ ｉｔ ｃ 二 次差 分 方 程 ） 它 动 态 的 复 杂 性 。当 ３ ６ 和 ． ≤ ≤ ４时 ， 射 映 处 于混 沌 状 态 。产 生 一 系 列 的 量 化 序列 后 ， 以产 生 接 近 可
关 键 词 ： 字水印 ； 数 混沌 映射 ； 类视 觉 特 性 人 中 图分 类 号 ： ３ ９ ＴＰ ０ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ２７ ０ （ ０ １ ０ —０ ７０ １ ７ — ８ ０ ２ ｌ ） ２０ ５ —３
（ ，） Ｏ ｉ ０ １ ， ≤ ＜ ×ｎ 。二 值 混 沌 序 列 ｐ一 ｛ ｉ ｉ Ｅ ｝ Ｐ（ ）ｌ ） Ｐ（
０ １的 二 值 序 列 （ ∈ ｛ １ 。 ， ） ０， ｝
其 中 ： 一 个 因 子 Ｃ ｚ 取 决 于 层 数 的 细 节 和 方 向 第 ｌ ， （ ）
基于混沌同步理论的图像加密算法设计
基于混沌同步理论的图像加密算法设计图像加密算法是一种将图像转换为无法直接识别的加密形式的技术，可以保护图像的机密性和安全性。
混沌同步理论是在混沌系统的基础上研究混沌同步现象的一种理论。
本文基于混沌同步理论，设计了一种图像加密算法，旨在提高图像的加密强度和安全性。
首先，我们对混沌同步理论进行简要介绍。
混沌同步是指在两个或多个混沌系统之间实现状态的一致，即它们的状态变量在某个时刻达到相同的值。
混沌系统具有高度的敏感性和不可预测性，通过利用混沌同步理论，我们可以实现图像数据的加密和解密过程。
接下来，我们详细介绍基于混沌同步理论的图像加密算法设计。
首先，我们选择两个具有混沌行为的系统作为加密过程中的发射和接收系统。
这两个系统可以是Lorenz系统、Chen系统或Rossler系统等。
通过调整系统参数，我们可以获得不同的混沌序列。
在加密过程中，我们选择将原始图像分割为多个小块，并对每个小块进行加密处理。
具体来说，对于每个小块，我们提取出其中的像素值，并与发射系统的混沌序列进行异或运算。
通过异或运算，可以将图像的像素值与混沌序列进行混淆，增加图像加密的强度。
然后，我们将混淆后的像素值与接收系统的混沌序列进行异或运算，并将结果保存为加密后的图像。
在解密过程中，我们需要将加密后的图像进行解密以恢复原始图像。
具体步骤如下：首先，对加密后的图像进行相同的切割操作，将图像分割为多个小块。
然后，对每个小块的像素值与接收系统的混沌序列进行异或运算，得到混淆后的像素值。
最后，将混淆后的像素值与发射系统的混沌序列进行异或运算，恢复原始图像的像素值。
通过上述的加密和解密过程，我们可以实现基于混沌同步理论的图像加密算法。
该算法具有以下优势：首先，基于混沌同步理论，加密过程中的混淆更难被破解，增强了加密算法的安全性；其次，通过选择不同的混沌系统和调整系统参数，我们可以实现不同强度的加密算法，满足不同安全级别的需求；最后，该算法可以保持图像的几何结构和特征，确保解密后图像的质量。
一种基于混沌置乱加密的数字水印算法
一种基于混沌置乱加密的数字水印算法
王晓英
【期刊名称】《内蒙古民族大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2010(025)002
【摘要】本文利用Logistic混沌系统的良好特性,设计其对数据进行置乱加密.将混沌置乱加密应用到数字水印技术中,利用混沌序列对水印进行加密后再嵌入到载体图像的整数小波域中,在不增加水印信息量的前提下可提高数字水印的保密性,而且不影响水印的鲁棒性和不可见性.通过实验表明,该混沌加密算法具有简单灵活、可操作性强、水印鲁棒性良好等特点,是一种行之有效的算法.
【总页数】3页(P163-165)
【作者】王晓英
【作者单位】赤峰学院,数学学院,内蒙古,赤峰,024101
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.基于混沌和置乱双重加密的数字图像水印算法 [J], 张行才;张长江;贾泂
2.一种新的基于混沌映射置乱和小波变换的数字水印算法 [J], 李颖;蔡翔云
3.一种基于混沌和置乱的DCT域图像数字水印算法 [J], 王洪兰
4.基于Arnold置乱和混沌加密的小波域数字水印算法 [J], 王琳娟;张小英;郝称意
5.基于混沌置乱和混沌加密的DCT域数字水印算法 [J], 邹长华;谭世恒;林土胜
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基于混沌的DWT域多功能图像数字水印算法
基于混沌的DWT域多功能图像数字水印算法
郭锐;朱从旭
【期刊名称】《计算机工程与应用》
【年(卷),期】2008(44)23
【摘要】提出了一种基于混沌的DWT域多功能图像数字水印算法.原始水印分为鲁棒水印和半脆弱水印,分别用于版权保护和图像认证.根据不同的应用,鲁棒水印又分为容量小但鲁棒性要求相对高和容量大但鲁棒性要求相对低的两种,它们和半脆弱水印分别嵌入DWT域的不同部分.并利用广义猫映射置乱鲁棒水印和Logistic 混沌系统生成半脆弱水印以提高安全性.实验表明,嵌入水印后的图像视觉质量好,其中鲁棒水印能抵抗各种常规图像处理,半脆弱水印能准确地检测并定位内容篡改.【总页数】3页(P83-85)
【作者】郭锐;朱从旭
【作者单位】中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;中南大学信息科学与工程学院,长沙,410083;广东省电子商务市场应用技术重点实验室,广州,510320【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于混沌加密的DWT域数字图像水印算法的研究 [J], 翟朗
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3.基于混沌加密的dwt域数字水印算法 [J], 龚岩琳
4.基于混沌序列的DWT域图像水印算法 [J], 尹显东;姚军;李在铭;邓君
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长度 推 断 混沌 序 列 的初始 条 件．最 后 混沌 序 列具 有
白噪声 的统 计特 性 ，可 以用 于 需要 噪声 调制 的众 多
应 用场 合． １ ． 水印 嵌入 的 实现 ３
所有系数的平方之和，纹理能量可用米度量纹理复 杂度 ． 文 利 用纹 理 能量 作 为对 原 始 图像 纹理 复杂 本 度 的度 量 ．下 面给 出适 用 于 对此 密 码系 统 进行 分析 的定理 和 定义 ，方 差 如 （ ） ２ １ 、（ ）式所 示 ．
基 于 混 沌 加 密 的一种 字 图像 水 印算 法 的改进 数
古丽孜拉
（ 犁师范学院 计算机科学 系，新疆 伊 宁 伊 ８５ ０ ３０ ０）
摘
要 ：介 绍 了一种 基 于 Ｈｉｅｔ ｌ ｒ曲线扫描 和 Ｉ ＭＩ 混 沌映射 的 空 间域水 印算 法 ，实验 结果 ｂ Ｃ Ｃ
表明 ，该算法对图像处理方法具有较好 的适 用性． 关键词：混沌加 密；图像置乱 ；数字水印算法
多 ，人 眼对 其 变 化 的敏 感 性越 小 ． 眼对 于彩 色 图 人
密上存在一定的局 限性．目前一般利用混沌序列对 水 印进 行加 密 ，混 沌序 列用 于数 字 水 印技术 主要 有
以下几 个优 点 ：首先 是形 式简 单 ，只需 要混 沌 映射
参数 和初 始 条件 就可 方便 生 成 ，不 必浪 费空 间来存
息 安 全 以及 合 法 用 户 验证 等 问题 已经 成 为 研 究 信 息安 全 的热 点 问题 之 一 ．当前 ，国 内外在 信 息 安全 领 域 已经取 得 了许 多研 究成 果 ，比如现 代 密码 学算
【】 ５
的大 小 反 映 了块 的平 滑 程度 ，若 较 小 ，则 认 为块 比较 均匀 ；反 之 ，则认 为块 包含 着纹 理 和边 缘 １ 混 沌 映射在 数 字水 印 中的应 用 ． ２ 目前 ，传 统数据 加 密对 于二 维 数据 和文 本 消息
钥 一般 不变 ， 说 明 Ｉ ＭＩ 这 Ｃ Ｃ系统对 迭代初 始值 有更 强 的初 值 敏 感 性 ，产 生 的序 列 具 有 更大 的 随机 性 ． 依据 这一 特 性 ， ［ｌ ） ０＋］ 将 ＿， Ｕ（，１区间分成 宽度 相等 ０ 的 ２个子 区间 ，在 嵌入各 水 印 比特 时 ，不断迭 代生 成 序列 中 的 值 ， 并根据 值 所属 的子 间来 决定 水 印比特 将 嵌入 到载体 像素 的哪个 比特位 中 ，加强
收稿 日期：２ ｌ＿ ｏ ＿２ Ｏｏ＿ ８ ７
ＩＭＩ 一种 被广 泛使 用 且安 全 性极 高 的一 Ｃ Ｃ是
维 混沌 映射 ，这 里 ∈（，ｏ） Ｏ＋。 ， ∈ １ ） Ｏ＋ ］ 卜 ， Ｕ（， １． ０
作 者简介：古丽孜拉 （ ９９ ） １６一 ，女 （ 萨克族 ） 哈 ，硕士 ，副教授 ，研 究方向：混沌 密码 学与信 息加 密解密
性， 给定 相 同 的初 始值 ， 相 应 的轨迹 肯 定相 同．从 其
安全 的角度 考虑 ，在 一般 情况 下 ，很难 从一 段有 限
迭加 一 个低 于 ＨＶ Ｓ对 比度 门 限 的弱 信 号 （ 印 ）． 水
图像 可 分 为平 滑 区域和 纹 理 区域 ， ＨＶＳ对 于平 滑 区 域 的敏 感性 要 远 高于纹 理 密集 区域 ，可见 图像 的背 景照 度 越亮 ，纹理越 复 杂 ，所 加 入 的水 印信 号强度 就越 大 ．利 用 Ｈ ＶＳ 的照 度掩 蔽 特 性和 纹 理掩 蔽特 性 可 以提 高水 印的 不 可感 知 性 和 适用 性 ．文献 ［］ ３ 曾将 纹 理 能量 定 义 为某 一 区域 的方 差 和 该 区域
５ ０
伊犁师范学院学报 （ 然科学版 ） 自
入 下述 构造 函数
２１ ００丘
结合 公式 （ ）和 （ ）可 知 ，当密钥 的低位 比特发 １ ２ 生较 小的变 化时 ，取整 函数 的输入 变化也会 很 小 ，
因而 Ｉｔｇ ｒ Ｘ （ ｏ ｂｅｔ）输 出的第一个 ２ ｎｅ ｅ ｄｕ ｌ ４位 密
较 为有 效 ，但 图像 数据 具 有容 量大 、冗 余度 高等 数 据特 性 ，因而传 统 的数 据加 密方 法 在数 字 图像 的加
法 、数 字水 印、数 字签 名 、身 份认 证等 ．
１ 水 印加 密算 法 简介 １１ 图像加 密 系统 的检 测 ．
根 据人 眼 的视 觉特 性 ， 图像 亮度 越 高 、纹 理越
：
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ｉ ０ ｙ＝ｏ ＝
１ ｔ ｌ －Ｉ ”一ｌ
（ １ ） （ ２ ）
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行 为变 得更 加 隐 蔽和 难 以控 制 ．如何 保 障 网络 的信
２１ ０ ０年 １ ２月
伊 犁师 范学 院学报 （ 自然科 学版 ）
Ｊ ｕ ａ ｆ ｌＮ ｏｍａ ｉｅｓ ｙ （ ｔ ｒｌ ｃｅ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ｌ Ｙｉ ｒ ｌ ｎ ｏ ｉ Ｕｎｖ ｒｉ ｔ Ｎａｕ ａ ｉｎ ｅＥ ｉｏ ） Ｓ ｉ
Ｄｅ ． ｃ２０１ Ｏ
第 ４期
ＮＯ． ４
像 的色 分量 的 变化 最不 敏 感 ，在 彩色 分量 上嵌 入水
印 时 具 有 较 好 的不 可 见性 ，可 以嵌 入 较 多 的信 息． 文献 ［ ］ ［］ 出 了用 于在 强 背景 （ １和 ２ 提 原始 图像 ）上
储 整个 序列 ．其 次是 混 沌序 列对 初 始 条件 敏 感 ，一 般 不 同的初 始值 ，即使 相 当接 近 ，迭代 得到 的混 沌 轨迹 序 列都 不 相 同．同时 ，混沌 动 力 系统 具 有确 定
中 图分 类号 ：Ｔ ３９７ 文献标 识 码 ：Ａ 文章 编号 ： １７－ ９９ （０ ０ ４ ０４ —０ Ｐ０． ６ ３ ９ Ｘ ２ １ ）０— ０９ ３
随着 互联 网技术 的 飞速 发展 ，人们可 以通过 互
＝
联 网进行 网上 购 物 、网上 银行 转 账等 电子 商务 ，网 络 的 开 放 性 和 资源 共 享 将 会 使 网络 安 全 受 到 不 可