计算机科学 ›› 2019, Vol. 46 ›› Issue (11A): 502-506.

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基于分数阶超混沌的混沌细胞自动机图像加密算法

梁晏慧, 李国东   

  1. (新疆财经大学统计与数据科学学院 乌鲁木齐830012)
  • 出版日期:2019-11-10 发布日期:2019-11-20
  • 通讯作者: 李国东(1972-),男,博士,教授,硕士生导师,主要研究方向为数据分析与图像处理,E-mail:lgdzhy@126.com。
  • 作者简介:梁晏慧(1991-),女,硕士生,主要研究方向为数据分析与图像处理,E-mail:240844268@qq.com。
  • 基金资助:
    本文受国家自然科学基金(11461063),新疆维吾尔自治区自然科基金(2017D01A24),新疆财经大学基金(2019XTD002),新疆财经大学研究生科研创新项目(XJUFE2019K0009)资助。

Image Encryption Algorithm of Chaotic Cellular Automata Based on Fractional Hyperchaos

LIANG Yan-hui, LI Guo-dong   

  1. (School of Statistics and Data Science,Xinjiang University of Finance and Economics,Urumqi 830012,China)
  • Online:2019-11-10 Published:2019-11-20

摘要: 为了保证信息传输过程中图像的安全性和可靠性,普通的置乱-扩散加密算法已不能够满足现有的安全与效率问题。文中将明文转化为哈希值作为混沌的初始值,使用分数阶Chen超混沌产生4个混沌序列。首先运用了三维Arnold映射进行双向变参置乱,再设计了超混沌S盒进行代换,最后用混沌细胞自动机循环扩散,从而达到了置乱、代换、扩散(DSD)相结合的一整套加密流程。该算法的密钥空间大、密钥敏感性高、安全性高、抗差分攻击能力强、密文统计直方图均匀、密文相邻像素相关性低,信息熵接近理想值。该算法不需要多轮迭代就可达到很高的安全级别,加密安全性与加密效率得到了显著提高。

关键词: 超混沌S盒代换, 分数阶Chen超混沌, 混沌细胞自动机, 三维Arnold映射, 双向变参

Abstract: In order to ensure the security and reliability of image in the process of information transmission,ordinary scrambling-diffusion encryption algorithm can not meet the security and efficiency problems nowadays.In this paper,the plaintext is transformed into hash value as the initial value of chaos,and four chaotic sequences are generated by fractional order Chen hyperchaos.Firstly,three-dimensional Arnold mapping is used for bidirectional parametric scrambling,and then hyperchaotic S-box is designed for substitution.Finally,chaotic cellular automata is used to circulate and diffuse,thus achieving a complete encryption process combining scrambling,substitution and diffusion (DSD).The algorithm has large key space,high key sensitivity,uniform statistical histogram of ciphertext,low correlation between adjacent pixels of ciphertext,high security and strong resistance to differential attack,and information entropy is close to ideal value.The algorithm can achieve a high level of security without multiple iterations,and the encryption security and efficiency are significantly improved.

Key words: bidirectional parametric, chaotic cellular automata, Fractional Chen hyperchaos, hyperchaotic S-box substitution, three-dimensional Arnold map

中图分类号: 

  • TP309.7
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