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基于自适应与全局置乱的图像加密新算法

贾忠祥 柳银萍

贾忠祥, 柳银萍. 基于自适应与全局置乱的图像加密新算法[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2019, (6): 61-72. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.06.007
引用本文: 贾忠祥, 柳银萍. 基于自适应与全局置乱的图像加密新算法[J]. 华东师范大学学报(自然科学版), 2019, (6): 61-72. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.06.007
JIA Zhong-xiang, LIU Yin-ping. Novel image encryption algorithm based on self-adaptive diffusion and combined global scrambling[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2019, (6): 61-72. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.06.007
Citation: JIA Zhong-xiang, LIU Yin-ping. Novel image encryption algorithm based on self-adaptive diffusion and combined global scrambling[J]. Journal of East China Normal University (Natural Sciences), 2019, (6): 61-72. doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.06.007

基于自适应与全局置乱的图像加密新算法

doi: 10.3969/j.issn.1000-5641.2019.06.007
基金项目: 

国家自然科学基金 11435005

国家自然科学基金 11871328

上海市科学技术委员会重点项目 18511103105

详细信息
    作者简介:

    贾忠祥, 男, 硕士研究生, 研究方向为计算机应用.E-mail:jonariguez@163.com

    通讯作者:

    柳银萍, 女, 教授, 博士生导师, 研究方向为计算机数学、计算机软件与理论.E-mail:ypliu@cs.ecnu.edu.cn

  • 中图分类号: TP309.7

Novel image encryption algorithm based on self-adaptive diffusion and combined global scrambling

  • 摘要: 针对现有的基于比特位层面的图像加密算法中,比特位置乱过程中存在的局限性和局部性问题,提出了一种比特位全局置乱的加密算法,即在置乱过程中,位平面的重组及之后的置乱操作均随机进行,整个置乱过程不只局限在某些位平面之内进行,由此达到全局置乱的效果.该加密算法运用了混沌映射系统,可以同时实现像素的置乱和扩散操作;另外,为了增加对明文的敏感性和有效抵抗攻击,加入了位平面的自适应过程,该过程利用图像不同位平面数据之间的异或运算来进一步修改图像数据.经实验表明:该加密算法对明文和密钥非常敏感,可有效抵抗选择明文攻击,且密文图像像素分布均匀,具有良好的图像加密效果.
  • 图  1  不同位平面所携带的信息

    Fig.  1  Information carried by the different bit planes

    图  2  位平面的重组放置方式

    Fig.  2  Reorganized placement of the bit planes

    图  3  图像加密过程

    Fig.  3  Diagram of the image encryption process

    图  4  图像解密过程

    Fig.  4  Diagram of the image decryption process

    图  5  明文图像、密文图像和解密图像

    Fig.  5  Plain image, cipher image, and decrypted image

    图  6  明文图像和密文图像的像素分布直方图

    Fig.  6  Histogram of plain image and cipher image pixels

    图  7  相邻像素散点图

    Fig.  7  Adjacent pixel scatter plots

    表  1  不同加密方法的相关性比较

    Tab.  1  Correlation comparison between different encryption methods

    图像算法水平垂直对角
    Peppers本文0.005 06-0.004 98-0.004 11
    文献[10]0.096 880.002 310.011 63
    文献[9]0.003 000.005 400.006 50
    文献[7]0.000 710.002 160.014 89
    本文-0.002 71-0.004 070.008 80
    Lena文献[10]0.003 63-0.004 520.002 08
    文献[9]-0.001 9-0.003 50.007 90
    Couple本文0.000 35-0.000 840.00164
    文献[8]0.002 40-0.001 50-0.008 10
    Baboon本文0.005 150.000 300.003 13
    Sailboat本文0.003 63-0.000 26-0.007 59
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    表  2  明文图像和密文图像的熵值

    Tab.  2  Information entropy of plain image and cipher image

    图像算法密文图像信息熵
    Peppers本文7.997 2
    文献[10]7.996 2
    Lena本文7.999 3
    文献[7]7.999 4
    Couple本文7.992 0
    文献[8]7.990 1
    Baboon本文7.991 8
    Sailboat本文7.991 3
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    表  3  灰度均方差

    Tab.  3  Gray mean square error

    密钥灰度均方差
    $(\widehat {x}_0, S_0, \alpha)$10 876.15
    $(x_0, \widehat {S}_0, \alpha)$10 900.52
    $(x_0, S_0, \widehat {\alpha })$10 926.79
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    表  4  NPCR和UACI

    Tab.  4  NPCR and UACI performance

    图像NPCR/%UACI/%
    Peppers99.58833.455
    Lena99.61633.470
    Couple99.61533.559
    Baboon99.63133.373
    Sailboat99.60033.658
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2018-10-31
  • 刊出日期:  2019-11-25

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