图像加密技术

基于密码学的图像加密技术综述

摘要：Internet技术的发展，人们对通信隐私和信息安全技术越来越重视．综述了图像加密技术的进展状况，对其中的若干图像加密技术，如图像像素置乱技术、基于秘密分割和秘密共享的图像加密技术、基于现代密码学体制的图像加密技术以及基于混沌动力学体制的图像加密技术的原理、特点可算法实现都做了阐述，并对这些图像加密技术做了分析与比较，指出了它们各自的优缺点和应用局限性．并讨论了今后的发展方向．

英文摘要：Development of Internet technology, people communicate privacy and information security technology more and more attention. Overview of the progress of image encryption technology, on which the number of image encryption technology, such as image pixel scrambling technology, based on a secret shared secret image segmentation and encryption technology, cryptography system based on modern technology and image encryption system based on chaotic dynamics the principle of image encryption technology, the characteristics can be described algorithm have done, and Liu made these images encryption technology analysis and comparison, pointing out their advantages and disadvantages and application limitations. And discussed the future direction of development.

关键词：图像加密，像素置乱，秘密分享，密码学，混沌加密

英文关键词：Image encryption, scrambling pixels, secret sharing, cryptography, chaotic encryption

引言

随着1nlernet技术的飞速发展．为信息的网络传播开辟了道路，很多信息都可以迅速方便地在网发布和传输，但这同时也带来了信息安全的隐患题．具统计，全世界几乎每20秒钟就有一起黑客入侵事件发生．现在，信息安全技术不但关系到个人通信的隐私问题，关系到一个企业的商业机密和企业的生存问题(仅美国每年由于信息安全问题所造成的经济损失就超过1000亿美元)，而且也关系到-个国家的安全问题．因此，信息安全技术正越来越受到全社会的普遍关注．由于图像信息形象、生动，因而被人类广为利用，成为人类表达信息的重要手段之一．现在，图像数据的拥有者可以在Internet上发布和拍卖他所拥有的图像数据，这种方式不但方便快捷，不受地域限制。而且可以为数据拥有者节约大量的费用．但这同时也为不法分子利用网络获取未授权数据提供了渠道．图像发行者为了保护自身的利益，就需要可靠的图像数据加密技术．而月，在某些情况下，对于某些图像数据必须要采用可靠的加密技术，例如，医院病人的病例数据(其中包括病人的照片)根据法律规定就必须在加密之后才能在网上传播，这方面的应用在远程医疗系统中是比较常见的．

相关工作

图像加密技术

既然字母表是循环的，因此Z后面的字母是A。能够通过列出所有可能性定义如下所示的变换：

明文：abodefghijklmnopqrstuvwxyz

密文：defghijklmnopqrstuvwxyzabc

如果为每一个字母分配一个数值，并用字母P替代，每个密文字母用字母

替代则该算法能表示如下：

C=E(p)=(p+3)rood26

移位可以是任何量，因此通用的凯撒密码算法是：

C=E(p)2(p+k)mod26

其中k在l到25的范围取值。对应解密算法是：p=D(C)=(C-k)mod26

设计和实现

静止图像可以看做足平面区域上的二元连续函数：z一／(ny)，0≤z≤L，对区域中仟意的点(z，y)，则，(z，y)代表图像在这一点的灰度值，与图像在这一点的亮度相对应．并且图像的亮度值是有限的．因f函数z，b，j也足有界的．在图像数字化之后，z则相应于一个矩阵。矩阵的元素所住的行与列就是图像显示在汁算机屏幕上诸像素点的坐标，元素的数值就是该像素的灰度(通常有256等级，从整数1至255表示)．矩阵的初等变换可以将一幅图像变换成另一种图像，但它的缺点是像素置乱作用较差，函数保密性不高．图像加密主要采用以下几种方法．

1基于矩阵变换／像素置换的图像加密技术

2基于秘密分割与秘密共享的图像加密技术

3基于现代密码体制的图像加密技术

4基于混沌的图像加密技术

详细实施

1基于矩阵变换／像素置换的图像加密技术

(1)Arnold变换

Arnold变换可以看做是裁剪和拼接的过程．通过这一过程将离散化的数字图像矩阵s中的点重新排列．由于离散数字图像是有限点集，这种反复变换的结果。在开始阶段s中像素点的位置变化会出现相当程度的混乱，但由于动力系统同有的特性，在迭代进行到一定步数时会恢复到原来的位置，即变换具有庞加莱回复性．这样，只要知道加密算法，按照密文空间的任意一个状态来进行迭代，都会在有限步内恢复出明文(即要传输的原图像)．这种攻击对于现在的计算机来说其计算时间足很短的，因而其保密性不高．

(2)按幻方做图像像素置乱变换

基于置乱技术的图像加密技术总体上来说可以等效为对图像矩阵进行有限步的初等阵变换，从而打乱图像像素的排列他置．但初等矩阵变换是一线性变换，其