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31卷第 5期 2014 年 5 月 微 电 子 学 与 计 算 机 MIC R ()E I E C T R ONIC S 8．C ()M PU T E R V o1．31 No．5 M av 20 14 基于多轮扩散的彩色图像加密算法 柴秀丽 ，郭峻言 (河南大学 图像处理与模式识别研究所，河南 开封 475004) 摘要 ：为 了保 护彩色图像信 息的安全 ，提 出了一种基于 多轮扩 散的彩色 图像 加 密算 法．该 算法首 先对 1．orenz 混 沌系统及 Chen 混沌系统 的混沌序 列进行 改进 ；然 后利用 改进 后 的 I．orenz 序列对 明 文图像 进行置 乱；最 后结合 改 进后的1．orenz 混沌序列和改进后的Chen 混沌序列以及彩色图像 自身的像素分布特征，利用多轮扩散对置乱后的 图像进行像素值改变，实现彩色图像加密．理论分析和仿真实验表明，该算法具有足够大的密钥空间，在抵抗密文 攻击、差分攻击、选择明文攻击及统计攻击方面都具有良好的性能，可以广泛地应用于多媒体数据的保密通信中． 关键词 ：保密通信；多轮扩散 ；图像 置乱；彩色 图像 加密 中图分类号 ：T P309 文献标识码 ：A 文章编号 ：10O0—7180(2014)05一O()62一O5 C ol or I m a ge E ncr ypt ion A l gor it hm B ased on S evera l R oun ds of P roli f er ati on C H A I X iu—li，G U O J un-yan ( Inst itut e of Im age P rocessing and Pa ttern R ecognit ion ，H enan U niversity ，K aifeng 475004，C hina ) A bstract ：In order to achiev e effective protection of the color image inform ation ，a new color image encry pt ion alg orithm is proposed based on sev eral rounds of proliferat ion．F irstly 。the chaotic sequences generated by ‘ I．orenz chaotic sy stem and ‘ C hen chaotic system are improved to g et two g roups of different c haot ic sequences．T hen ，the pixels positions of the imag e are scrambled by improv ed ‘ L orenz chaotic sequences．F inally ，by using bot h of the tw o g roups of improved chaotic sequences and the distribution of pixels in the color imag e，w e chang e the pixe ls v alues of t he scram bled image through sev eral rounds of proliferation and get the ciphered image． T heoret ical analy sis and simulation results show tha t this alg orithm w ith a sufficiently larg e key space not only can perfectly resist the ciphertex t attack and differential attack ，but also is excellent against chosen plaintext attack and statistical attack ，w hich can be w idely used in secure communication Of multimedia data． K ey words ：secure comm unication；sev eral rounds of proliferation；image scrambling ；color imag e e ncry ption l 引言 近年来，为了有效提高图像信息的安全性，混沌 理论的研究已经得到充分发展，很多研究者提出了 基于混沌的图像加密算法和改进算法[1 ] ，但这些算 法仍然效率较低 、密钥空间较小、抵抗各种攻击能力 弱 、随机序列仅与初始值有关 ，不依赖于 明文，一个 明文字节只能影响其加密后的一个密文字节_4]等缺 陷 ，为各种攻击带来可能性． 本文针对以上缺陷 ，提出了一种基于多轮扩散 的彩色图像加密算法．该算法可充分抵抗穷举攻击； 加密图像的像素值分布均匀 随机 ，具有较高的安全 性 ；加密算法使加密后 图像每一个密文值均与所有 明文和密文值相关，并通过初值选取等措施确保算 法同时对密钥和明文敏感． 收稿 日期：2013—06—2O；修回日期 ：2013—08—15 基金项 目：国家自然科学基金项目(61004006，61203094) ；河南省基础与前沿技术项 目(132300410475) ；河南省188宝金博页面版厅 自然科 学研究计划( 12A 46O001，2011A 51oool ，2011A52O004)