基于排序变换混沌置乱算法的图像加密系统

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 1. 项目简介

        图像信息生动形象，它已成为人类表达信息的重要手段之一，网络上的图像数据很多是要求发送方和接受都要进行加密通信，信息的安全与保密显得尤为重要。本项目利用基于排序变换的混沌置乱算法实现了一个图像加密与解密系统，设计了一个混沌图像置乱算法,新算法不经过量化，而是直接通过混沌序列的排序变换来得到图像置换的地址码，有效地避免了量化必须已知混沌轨道分布密度函数的要求，同时也降低了算法的时间复杂度。系统可方便图片在公开信息通道进行加密传播。

2. 基于排序变换的混沌图像置乱算法

        图像置乱技术既是一种常用的图像加密方法，又可作为进一步隐藏图像信息的预处理手段，是信息保密安全重要的研究课题。图像置乱目前主 要有基于图像像素点坐标的空间域置换、频域置换和基于图像色度域的置换。图像置乱的要求是置乱后的图像应具有较低的可懂度，并能抗一定程度的破译攻击，而解密后图像又能准确表达原始图像的内容。

        对于一个数字灰度图像 I,其大小为 M×N,可 以利用任一混沌迭代：

2.1 置乱算法

2.2 解密算法

        对给定的密钥 (迭代初始值 x1),可采用类似置乱的步骤，即只需将其步骤 (5)改为：按置换地址集合 {t1,t2,...,tN} 对图像的第 1行像素进行置换，同时将其第 ti 列像素置换至第 i 列 (i=1,2,...,N)即可实现图像的解密。

3. 图像加密系统

        本文利用 html + css + JavaScript 构建了页面友好的图像加密系统（静态页面），加密方式包括：方块混淆、行像素混淆、像素混淆、行模式和行+列模式等五种模式。

3.0 上传待测试图片

         上传一张待测试图片：

3.1 方块混淆模式

        选择方块混淆模式，密钥设置为 keyword，点击混淆：

3.2 行像素混淆

        选择行像素混淆模式，密钥设置为 keyword，点击混淆：

3.3 像素混淆

        选择像素混淆模式，密钥设置为 keyword，点击混淆：

3.4 行模式

        选择行混淆模式，密钥设置为 0.520（大于0小于1的任意小数），点击混淆：

3.5 行+列模式 

        选择行+列混淆模式，密钥设置为 0.520（大于0小于1的任意小数），点击混淆：

4. 图像解密过程

        图像解密需要选择加密的模式以及加密所采用的密钥，否则解密失败！如下是一张经过行+列模式，密钥为0.520进行加密之后的图片：

        解密后为：

         可以看出，正确解密出了原始图像。如果模式或密钥错误，则无法解密。

5. 结论

        本项目利用基于排序变换的混沌置乱算法实现了一个图像加密与解密系统，利用 html + css + JavaScript 构建了页面友好的图像加密系统（静态页面），加密方式包括：方块混淆、行像素混淆、像素混淆、行模式和行+列模式等五种模式。

免责说明

本项目仅供技术研究使用，请勿用于非法用途，否则后果作者概不负责！

参考论文

[1] 刘向东,焉德军,朱志良,王光兴.基于排序变换的混沌图像置乱算法[J].中国图象图形学报,2005(05):656-660.

[2] 刘家胜. 基于混沌的图像加密技术研究[D].安徽大学,2007.

[3] 李用江. 数字图像置乱算法的研究[D].西安电子科技大学,2011.

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