✅作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。
🍎 往期回顾关注个人主页：Matlab科研工作室
🍊个人信条：格物致知,完整Matlab代码获取及仿真咨询内容私信。
🔥 内容介绍
段 MATLAB 代码是一套完整的图像加密算法性能测试程序，核心不仅实现了图像的加密与解密，更重点围绕加密算法的安全性和效率展开全面评估。代码覆盖密钥分析、直方图分析、相关性分析等多个密码学关键指标测试，是加密算法研发中验证性能的标准化流程，以下是详细解析：
一、核心流程：加密解密与基础验证
代码首先完成图像加密和解密的基础流程，为后续性能分析提供数据支撑：
1. 数据初始化：读取 256×256 的标准测试图像lena256.bmp，获取图像尺寸[M,N]。
2. 加密解密执行：调用encryption函数对原始图像加密得到密文图像C和密钥相关数据hK；再通过decryption函数，用hK解密密文，得到恢复图像P_2。
3. 基础效果可视化：用 2×2 子图分别展示原始图像、密文图像、恢复图像，直观验证加密的隐蔽性和解密的完整性。
二、安全性分析模块（核心测试环节）
这部分是代码的核心，从多个维度验证加密算法抵抗攻击的能力，符合密码学算法的评估标准。
1. 密钥空间与密钥敏感性分析
密钥敏感性是加密算法的关键指标，要求密钥微小变化就导致解密完全失败。
1. 循环 7 次生成错误密钥：每次从密钥hK中随机选一个位置，随机翻转该位置数据的 1 个比特（通过bitxor异或运算实现）。
2. 用错误密钥解密密文图像，将 7 幅错误解密结果与原始图像对比。
3. 调用showPercentOfDiffrentPixel函数计算并输出每幅错误解密图与原始图的像素差异百分比，以此验证密钥的高敏感性。
2. 直方图分析
图像直方图反映像素灰度值的分布情况，加密后需打乱原始直方图，避免攻击者通过直方图反推原始图像。
1. 选取 4 幅标准测试图像（lena、baboon 等），分别对每幅图执行加密。
2. 用 2×4 子图对比每幅图像加密前后的直方图：原始图像直方图通常有明显峰值（如人物图像的肤色灰度区间），而合格的密文直方图应呈现均匀分布，掩盖原始图像特征。
3. 相关性分析
原始图像中相邻像素（水平、垂直、对角线）的灰度值通常高度相关，加密需破坏这种相关性以提升安全性，AdjancyCorrPixelRandNew函数是核心实现。
1. 以 lena 图为例，分别计算原始图像和密文图像中相邻像素的相关系数。
2. 理想结果是原始图像相关系数接近 1，而密文图像相关系数接近 0，以此证明加密算法有效破坏了像素间的关联性。
4. 信息熵分析
信息熵衡量图像信息的混乱程度，熵值越接近 8（8 位灰度图的理论最大值），说明图像越混乱，越难被破解。
1. 调用 MATLAB 自带的entropy函数，分别计算原始 lena 图和密文图的熵值。
2. 输出并对比两者熵值，若密文熵值接近 8，说明加密后图像信息高度混乱，具备良好的抗攻击能力。
5. 差分攻击分析
差分攻击通过分析明文微小变化对密文的影响来破解算法，需通过 NPCR（像素变化率）、UACI（平均绝对误差）、BACI 三个指标量化评估。
1. 对 4 幅测试图，每幅图循环 150 次执行测试：每次随机翻转原始图像 1 个像素的 1 个比特，生成新明文并加密得到新密文。
2. 调用NPCR_UACI_BACI函数计算每次测试的三个指标，最终输出每幅图指标的最小值、最大值和平均值。
3. 合格标准为 NPCR 接近 100%，UACI 在 33% 左右，表明明文微小变化会导致密文产生显著差异，有效抵抗差分攻击。
三、加密效率分析
除安全性外，加密算法的执行效率也是实际应用中的关键指标，代码从整体耗时和分步耗时两方面评估：
1. 整体加密效率
1. 循环 100 次执行加密操作，累计总耗时并计算平均加密时间。
2. 计算两个核心效率指标：比特率ET（每秒处理的字节数）和每字节占用 CPU 周期数，量化算法在硬件上的运行效率。
2. 分步耗时分析
进一步拆解加密流程，分别测试三个关键步骤的耗时：
1. 混沌序列生成时间：通过MOTDCM函数生成加密所需的混沌序列，混沌序列常用来构建密钥或打乱像素，是加密的基础。
2. 正向置乱与扩散时间：FShufflingAndDiffusion函数实现像素位置置乱和灰度值扩散，是加密的核心步骤。
3. 反向扩散时间：RDiffusion函数完成后续扩散处理，通过分步耗时可定位算法的性能瓶颈。
⛳️ 运行结果
📣 部分代码
global N M
[~, S] = sort(E);
R = M*N+1;
L = 0;
J = zeros(1,N*M);
P = uint8(zeros(1,N*M));
index = uint8(mod(a*10^16,2));
if(index)
R = R -1;
J(1) = R;
else
L = L +1;
J(1) = L;
end
for i=2:M*N
index = mod(C(i-1), 2);
if(index)
R = R -1;
J(i) = R;
else
L = L +1;
J(i) = L;
end
end
for ii=0:M*N-2
i = M*N-ii;
P(S(J(i))) = bitxor(C(i), bitxor(C(i-1), uint8(mod(E(i)*10^16, 255))));
end
P(S(J(1))) = bitxor(C(1), uint8(mod(E(1)*10^16, 255)));
end
🔗 参考文献
🎈 部分理论引用网络文献，若有侵权联系博主删除
👇 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料
🏆团队擅长辅导定制多种科研领域MATLAB仿真，助力科研梦：
🌟 各类智能优化算法改进及应用
生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划（2E-VRP）、充电车辆路径规划（EVRP）、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位、冷链、时间窗、多车场等、选址优化、港口岸桥调度优化、交通阻抗、重分配、停机位分配、机场航班调度、通信上传下载分配优化
🌟 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维
2.1 bp时序、回归预测和分类
2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类
2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类
2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类
2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类
2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类
2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类
2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类
2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类
2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类
2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测
2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类
2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类
2.14 PNN脉冲神经网络分类
2.15 模糊小波神经网络预测和分类
2.16 时序、回归预测和分类
2.17 时序、回归预测预测和分类
2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类
2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类
方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断
🌟图像处理方面
图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知
🌟 路径规划方面
旅行商问题（TSP）、车辆路径问题（VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等）、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划（EVRP）、 双层车辆路径规划（2E-VRP）、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻、公交车时间调度、水库调度优化、多式联运优化
🌟 无人机应用方面
无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划、
🌟 通信方面
传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配
🌟 信号处理方面
信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理+传输+分析+去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测
🌟电力系统方面
微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电、电/冷/热负荷预测、电力设备故障诊断、电池管理系统（BMS）SOC/SOH估算（粒子滤波/卡尔曼滤波）、 多目标优化在电力系统调度中的应用、光伏MPPT控制算法改进（扰动观察法/电导增量法）、电动汽车充放电优化、微电网日前日内优化、储能优化、家庭用电优化、供应链优化
🌟 元胞自动机方面
交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长 金属腐蚀
🌟 雷达方面
卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合、SOC估计、阵列优化、NLOS识别
🌟 车间调度
零等待流水车间调度问题NWFSP 、 置换流水车间调度问题PFSP、 混合流水车间调度问题HFSP 、零空闲流水车间调度问题NIFSP、分布式置换流水车间调度问题 DPFSP、阻塞流水车间调度问题BFSP
👇
扫一扫
331
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
