14、混沌理论在图像与视频加密中的应用与挑战

混沌理论在图像与视频加密中的应用与挑战

1. 基于SCAN语言的图像加密方案

1.1 早期方案

• 结合四叉树分解 ：在一些早期研究中，SCAN语言与四叉树分解相结合来加密图像。SCAN语言用于对四叉树结构每一层的四个节点顺序进行置换。然而，该方案存在诸多安全弱点，并不安全。
• 结合2DRE技术 ：对SCAN语言进行轻微修改后，将其与二维游程编码（2DRE）技术结合用于加密二值图像。但此加密系统无法抵抗已知明文攻击。
• 压缩与置换 ：利用SCAN语言将图像压缩为较短的二进制字符串，然后将压缩后的字符串重新排列成多个2n×2n的块，最后用两种不同的SCAN模式对每个2n×2n块进行m次置换。该方案对应单一STC，同样无法抵抗已知明文和选择明文攻击。

1.2 新一代方案

新一代基于SCAN的图像加密方案在置换后采用了以下替换机制，以抵抗已知明文和选择明文攻击：
[C[j] = (B[j] + (C[j - 1] + 1) \times R[j]) \mod 256]
其中，(R[j])是一个介于0到255之间的伪随机整数。该替换算法对应一个带有密文反馈的流密码。通过混合不同的SCAN模式（两种秘密SCAN模式和两种公开SCAN模式——螺旋模式(s0)和对角模式(d0)）以及替换部分，新的基于SCAN的加密方案在抵抗已知明文和选择明文攻击方面有了显著提升。

2. 基于一维混沌映射的图像加密方案

2.1 Yen等人的