基于混沌与私钥的图像加密技术

【摘要】 提出一种基于logistic混沌序列与私钥图像相结合的图像加密技术。将待加密图像与从100张私钥图像中随机抽取出的图像合成，进而利用混沌序列对其进行行、列置乱，保证了足够大的密钥空间，最后将程序转化为具有易操作性与可移植性的加密软件。实验证明，该加密软件应用便捷安全性较高。

【关键字】 logistic 混沌与私钥 图像加密

混沌加密技术是近年来发展较快的非线性科学的重要分支，因其具有非周期、连续宽频带、类噪声和长期不可预测等特点，所以特别适用于保密通信等领域[1]。现有的混沌序列的研究是建立在统计分析上，或是通过实验测试给出的，这难以保证其每个实现序列的周期足够大，复杂性足够高，因而不能让人们放心地采用它来加密[2]。

本文提出一种基于logistic混沌序列与私钥图像相结合的图像加密技术。加密算法的程序开发平台为Matlab2012a，涉及计算机模拟环境为 Windows XP。借助于VC++版本的Matlab Compiler编译器将程序转化为具有易操作性与可移植性的加密软件。

程序设计流程基本思路如下，引入100张私钥图像，通过序号对私钥图像进行身份识别，将密钥图像预处理后与待加密图像合成，进而进行logistic映射置乱加密，从而得到加密图像。为了增加加密程序的隐蔽性，将私钥图片存储在移动存储器（如u盘）上，在程序的设计上使用try……catch……语句，当能按照所设置路径正确读取到私钥图像时，启动解密程序，否则显示一张预设图像。解密过程为加密过程的逆运算，其基本原理与加密过程一致。

Matlab所编程序都要在Matlab环境中运行，其操作较专业且可移植性较差，为此我们借助于Matlab自带的编译器Matlab Compiler将GUI程序中的.m文件与.fig文件进行封装，转换成exe文件。首先配置编译器，我们选择使用VC++6.0版本的编译器；其次，安装＼toolbox＼compiler＼deploy＼win32目录下的MCRInstaller。最后，调用编译器，输入mcc-m filaname，filaname为要转成exe文件的m文件。

最后，对该加密算法进行了安全性、实时性分析。首先，将本文所采用的加密算法应用于BMP图像的解密效果如图1。其中图1（a）为正确解密图像，1（b）为错误解密后图像，1（c）为无私钥图像的解密图像。

由图1（a）可见，正确密钥解密后的图像是清晰的、正确的、没有任何失真。图1（b）显示了用错误密钥（仅将密钥二改变0.01）解密后的图像，图像是模糊的、无法分辨的。图1（c）则给出了一张清晰但与原始图像毫不相干的图像，该图像具有一定的误导性可很好的隐藏原始图像。

第二、密钥空间分析。在本文所涉及的加密算法中，两个方程的参数和初始值都能作为密钥。matlab默认的数据类型是双精度（8个字节），数据具有16位有效数字，因此该算法的密钥空间可以达到1064，再加上100张私钥图像所占空间，此算法具有足够大的密钥空间抵抗攻击[3]。

第三、对此加密方案做实时性分析。本文所涉及的图像加密算法包含像素的置换、图像的加合等，虽然密钥空间较大但迭代次数较少，因此计算速度较快，可做到对图像的实时处理。

综上，本文所涉及的基于混沌与私钥图像结合的加密算法，经数值仿真实验证明，加密效果好，具有较强的抗攻击性，加密效率较高，能满足实时图像加密的要求；基于该算法的加密软件具有较强的移植性且操作方便，应用范围较广。