20、使用自同步方法提高基于多混沌系统的图像加密安全性

使用自同步方法提高基于多混沌系统的图像加密安全性

1. 引言

随着数字技术的飞速发展和广泛应用，数字图像的安全问题日益受到关注。利用混沌的特性来保护图像安全是一个很有前景的研究领域。为了实现显著的混淆和扩散效果，常见的混沌图像加密方案通常分为两个阶段：首先使用二维混沌映射对图像的所有像素进行整体置换；然后依次改变置换后图像的所有像素值。

自Fridrich在1998年首次提出该方案以来，出现了一系列的变体。例如，Guan等人在2005年的替代阶段使用了二维Cat映射，在扩散阶段使用了混沌系统；Lian等人在2005年使用混沌标准映射进行像素位置置换，使用量化逻辑映射进行像素值掩码；Chen等人在2004年采用三维Cat映射来置换像素位置。

Huang和Nien在2009年提出了一种新颖的方案，该方案仅通过垂直和水平像素洗牌来获得加密图像，洗牌参数通过迭代四个混沌系统并对混沌序列进行排序生成。然而，Solak等人在2010年指出了该方案的安全问题，并使用选择明文/已知明文方法对其进行了攻击。

2. 原方案及其安全缺陷

2.1 原方案

原加密方案使用了四个混沌系统：Hénon映射（离散映射）、Lorenz（蝴蝶吸引子）、Chua（双涡卷吸引子）和Rössler（螺旋吸引子）。该方案包括两阶段洗牌：第一阶段，对所有像素的指定比特进行垂直方向的洗牌；第二阶段，对每个像素的比特进行水平方向的洗牌。洗牌参数通过迭代上述四个混沌系统并对混沌变量集进行排序得到。方案密钥包含这四个混沌映射的12个初始条件，图像大小为m×n。

2.2 安全缺陷

原方案中，洗牌参数的生成与待加密的明文图像无