混沌数字图像加密技术研究

李磊 谢淑娟

摘 要：随着科学技术以及互联网技术等各项现代化技术呈现出突飞猛进的发展速度，通信技术也出现了相应发展。因此，人们对于图像在传输过程中的安全性、稳定性以及保密性也开始提出了更高的标准。基于混沌的数字图像加密技术具有传统加密技术所无法比拟的优势，从而在数字图像加密过程中得到了广泛的应用。基于此，文章首先从数值变化、像素位置置乱两个方面对数字图像加密技术进行了分析；其次，对混沌图像加密技术的基本方法进行了研究；最后，分析对比了混沌数字图像加密技术与传统加密技术之间的区别。

关键词：混沌加密技术；数字图像；传统加密技术

现阶段，随着互联网技术以及科学技术的快速发展与进步，多媒体通信技术也开始呈现出了一种快速上升的发展趋势。在当前的数字化通讯设备中，各项多媒体新型先进技术也开始被广泛地运用，为人们查询、复制以及各种类型的数据提供了便利，明显缩短了查找以及复制等环节的时间。

一、 数字图像加密技术的研究分析

图像加密技术的主要功能是对于已有的图像采用某种特定的技术以实现某种特定的改变，从而使得经过处理之后的图像具有加密的作用。同时，其在视觉效果上，加密后的图像与原始图像之间也有着一定的差异性，具体可以体现在灰度、亮度以及颜色等各个方面。

（一） 数值变化的图像加密

数值变化的图像加密技术主要是采用普通的数据流以实现数据加密的目的。一般而言，数值变化的图像加密主要由秘密分割以及秘密共享两大部分的内容所构成。秘密分割，主要是指通过某种特定的数据技术算法作用于原始图像上，从而实现图像分割的目的，即是将原先完整的图像分割成若干个片段，并且将这些分割后形成的图片片段分别分配给不同的人进行保存。在对这些图像进行恢复的时候，只需要让保管图像的人全部参与到恢复图像的工作中，即可以完成图像恢复的相关工作。秘密共享，主要是指将算法的密钥分解为若干个子密钥，此时信息接收方只需要两个以上的密钥就能够实现完整的密钥恢复。这种算法最鲜明的特点就是在部分子密钥遗失或者损坏的情况下，仍可得到完整的恢复密钥。

（二） 像素位置置换的图像加密

像素位置置换的图像加密技术是目前应用非常广泛的一种加密技术。其主要实现的功能上，通过发挥数学中矩阵置换算法的作用，将各个像素点通过矩阵置换的方式进行转变。为了保证图像解密的正确性，要求用于置换的数学矩阵是可逆的。像素位置置换的方式多种多样，用得最多的主要有基于运算的置换以及按照幻方使得图像像素位置变换两种方式。基于运算的置换方法主要是将已知的像素坐标通过某种特定的几何运算方法投影到另一个坐标系中，从而达到原始图像整个像素坐标系转变的目的。第二种方法主要是通过已经给定的幻方，从而将原始图像中的每个像素点与幻方中给定的元素进行一一对应，并且按照对应好的行列元素将对应后的元素进行平移。除此之外，当然也可以将两种方法有机统一起来共同使用，以实现混合式的图像加密技术。

二、 数字图像混沌加密技术

（一） 数字图像混沌加密技术的含义

在非线性动态系统中所出现的确定性的以及类似的随机的过程被称作是混沌现象。此时，在非线性动态系统中的设定值以及变化值都是起着非常关键的作用。随着混沌现象的不断发展与变化，即使设定值之间只是非常微小的差异，最后均可以得到截然不同的结果。这样的过程是有界的，但是不一定是收敛的。现阶段，随着混动动力学开始呈现出快速发展的趋势，混动技术也开始逐渐被运用于图像加密技术中。对于大部分的数据而言，均可以采用混沌加密技术以实现图像加密的目标。

（二） 数字图像混沌加密技术的基本方法分析

在混沌数字图像加密技术中，最为常见的主要有两种：混沌掩盖加密技术以及混沌置乱加密技术，这两种技术均可以达到混沌加密技术所特有的特点。混沌掩盖加密技术，主要是指将混沌序列视作为是伪随机的序列，对于原始图像中的像素值通过相关的掩盖技术以达到掩盖的根本目的。而在对加密图像进行解密的时候，则可以通过巧妙地使用去混沌序列的有效方法以达到解密的目的，从而得到恢复后的图像。采用混沌置乱的方法，主要是指根据信号在频域中所对应的数值，从而对原始图像进行整体或者局部的置乱。此时，置乱的方法主要是根据已经选择的混沌系统，在选择密钥的时候，主要是选取混沌系统中的某些特定的参数，从而对于图像像素的位置進行重新排列。

三、 传统加密算法与混沌加密方法之间的区别和差异分析

相对于传统的加密算法而言，混沌加密技术有着独特的特点，并且有着明显的优势，具体可以体现在以下几个方面：首先，混沌数字图像加密技术适用的方法非常丰富，不仅可以采用传统的加密技术，同时也可以实现像素值位置的变化。其次，操作过程相对于比较简单。当对数字图像进行处理的过程中，通过使用混沌加密技术，实现的整个过程相对于传统的加密技术较为简单方便，操作步骤简单，主要是采用数学方法中的简单的迭代计算方法或者是运用重构的思想即可以实现，可以明显的提高加密相关工作的效率。最后，混沌加密算法的密钥具有较大的空间。一般情况下，混沌加密算法都是以一般实数空间为前提和基础的，因此，通过混沌模型的不同则可以选取各种形式的密钥。

四、 结束语

综上所述，混沌数字图像技术具有传统加密技术无可比拟的优势和作用，因此在图像加密过程中起着非常重要的作用。同时，混沌数字图像加密技术已经被认为是一项具有安全性和可靠性的加密方案。因此，基于混沌的数字图像加密技术已经在军事、工业以及商业等各方面都得到了广泛的应用。

参考文献：

[1]刘羽飞.基于混沌算法的数字图像加密技术[J].东莞理工学院学报，2016，23（03）：21-23，68.

作者简介：

李磊，江西省南昌市，江西机电职业技术学院；

谢淑娟，江西省南昌市，南昌工学院。