·682 北京科技大学学报 2004年第6期 4结论 6李昌刚，韩正之，张浩然.一种基于随机密钥及“类 标准映射”的图像加密算法[)计算机学报，2003， 本文给出了一种基于Lorenz三维混沌系统 26(4):465 的空域数字图像加密算法，在该算法中，从三点 7孙鑫，易开祥，孙优贤.基于混沌系统的图像加密算 考虑了算法的加密速度：对Lorenz系统回归采用 法[).计算机辅助设计与图形学学报，2002,14(2)： 一阶Euler数值积分法来产生混沌序列；直接用 136 实数值混沌序列构造置乱索引矩阵，以及以块为 8闵乐泉，杨森，张先华，基于广义混沌同步的数字图 单位在空域对图像进行全局置乱：预处理后xy,2 像隐藏方案[U.北京科技大学学报，2003,25(5)：477 实数值混沌序列均有较好的类随机特性，可以同 9叶永伟，杨庆华，王颗玉.用混沌序列对数字图像进 行魔方加密[).浙江工业大学学报，2003,31(2：173 时独立或组合用于图像置乱，分析和仿真表明： 10易开样，孙鑫，石教英，一种基于混沌序列的图像加 预处理后的混沌序列具有更强的伪随机特性，使 密算法[).计算机辅助设计与图形学学报，2000,12 算法能得到满意的图像空域置乱程度：极大的密 (9):672 钥空间加强了算法的安全性和保密性：多混沌序 11李昌刚，韩正之，张浩然，一种基于指数性混沌序列 列同时对多幅图像加密提高了算法的加密效率， 的灰度图像加密算法仍计算机工程与应用，2002， 三个xy,z实数值混沌序列使算法非常适用于彩 26(3:16 色图像的分层加密，也适用于文件包中的多幅图 12 Short K M.Steps toward unmasking secure communica- 像加密.综上所述，该算法不失为一种安全、有效 tions [J].Int J Bifurcation Chaos,1994,4(4):959 的数字图像空域加密方法 13 Short K M.Unmasking a modulated chaotic communica- tions Scheme [J].Int J Bifurcation Chaos,199,6(2):367 参考文献 14 Yang T,Yang L B,Yang C M.Breaking chaotic switching 1李昌刚，韩正之，张浩然.图像加密技术综述[).计 using generalized synchronization:Examples [J].IEEE 算机研究与发展，2002,39(10少：1317 Trans Circuits Syst I,1998,45(10):1062 2丁玮，齐东旭.数字图像变换及信息隐藏与伪装技 15 Yang T,Yang L B,Yang C M.Applicationof neural net- 术[).计算机学报，1998,21(9)：838 works to unmasking chaotic secure communication [J]. 3丁玮，闫伟齐，齐东旭.基于置乱与融合的数字图像 Phys D,1998,124:248 隐藏技术及其应用[).中国图象图形学报，2000,5 16王东生，曹磊.混沌、分形及其应用[M0.合肥：中国 (8):644 科学技术大学出版社，1995 4 Fridrich J.Symmetric ciphers based on two-dimensional 17颜庆津.数值分析M.北京：北京航空航天大学出 chaotic maps [J].Int J Bifurcation Chaos,1998,8(6):1259 版社，1992 5 Fridrich J.Image encryption based on chaotic maps [J]. 18王汇源.数字图像通信原理与技术M.北京：国防 Sys Man Cybern Comput Cybern Simul,1997,2(1):1105 工业出版社，2000 Digital Image Encryption Algorithm Based on Three-Dimension Lorenz Chaos System WANG Ying2,ZHENG Deling",JU Lei" 1)Information Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Automation,College of Science and Technology Heilongjiang,Harbin 150027,China ABSTRACT The Lorenz chaos system was applied to the digital image encryption based on the thought of the higher secrecy of a three-dimension chaos system.Firstly,it carried out pretreatment to a real chaos sequence pro- duced by the system.Secondly,the index matrix of pixel permutation was structured directly by this real chaos se- quence.Finally,digital image encryption was realized in the space domain.The results of analysis and simulation show that pretreating the real chaos sequence has the stronger pseudo-random,the better autocorrelation and mutual correlation characteristic.Additionally,the bigger secret-key space of the three-dimension chaos system,the stron- ger the algorithm can be against decryption attack.Three outputs of the system not only can realize the parallel en- cryption of three or more images,but also increase the more encryption efficiency of the algorithm. KEY WORDS image encryption;Lorenz system;pretreatment;encryption index matrix一 6 82 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 4 年 第 6 期 4 结 论 本 文 给 出 了一 种 基 于 L o r e n z 三 维 混沌 系 统 的 空域 数字 图像 加 密算 法 . 在 该算法 中 , 从 三 点 考 虑 了算法 的加 密速度 : 对 L o r e n z 系 统 回 归采 用 一 阶 Eul er 数值积 分 法来 产 生 混 沌序 列 ; 直 接 用 实数 值混 沌序 列 构造 置 乱索 引 矩 阵 , 以及 以块为 单位 在 空域 对 图像进 行 全 局 置乱 ; 预 处 理 后x 少声 实数 值混 沌序 列 均有 较 好 的类 随机 特性 , 可 以 同 时独 立 或 组合 用 于 图像 置 乱 . 分 析和 仿 真 表 明 : 预 处 理后 的混沌 序列 具有 更 强 的伪 随机 特 性 , 使 算 法 能得 到满 意 的 图像 空域 置 乱程 度 ; 极 大 的密 钥 空 间加 强 了算 法 的安全 性 和保密 性 ; 多 混沌 序 列 同时对 多 幅 图像加 密提 高 了算法 的加 密 效率 . 三 个 x 少声实数值 混 沌 序列 使 算法 非 常 适用 于 彩 色 图像 的分层 加 密 , 也适 用 于文 件 包 中 的多 幅图 像 加密 . 综上所 述 , 该算 法不 失 为一 种 安全 、 有 效 的数 字 图像 空域 加 密 方 法 . 参 考 文 献 李 昌刚 , 韩正 之 , 张浩 然 . 图像 加 密技 术综 述 〔J] . 计 算 机研 究 与发 展 , 2 002 , 3 9 ( 1 0 ) : 1 3 1 7 丁玮 , 齐 东旭 . 数 字 图像变 换 及信 息 隐藏 与伪 装技 术 川 . 计 算机 学报 , 1 99 8 , 2 1( 9 ) : 8 38 丁 玮 , 闰 伟齐 , 齐 东旭 . 基 于置 乱与 融合 的数字 图像 隐藏 技术 及 其应 用 闭 . 中 国 图象 图形 学报 , 2 0 0 , 5 ( 8 ) : 6 4 4 F ir 面 c h J . S y n u 刀 e itr e c i Ph e r s bas e d o n wt o 一 d汕ens i o n a l e h a o ti e m aP s 阴 . ntI J B iif 叮 e at i o n C h a o s , 1 9 9 8 , 8 (6 ) : 12 59 F ir idr e h J . lnI a g e e n c yr P ti o n bas e d on e h ao it e m aP s [刀 · Sy s M an C y be m C o m P ut C y加m S iln u l , 19 9 7 , 2 ( l ) : 1 10 5 6 李 昌刚 , 韩 正之 , 张浩然 . 一种 基 于随 机密 钥及 “ 类 标准 映射 ” 的 图像加 密 算法 田 . 计 算机 学报 , 2 003 , 2 6(4 ) : 4 6 5 7 孙鑫 , 易 开祥 , 孙 优 贤 . 基 于混沌 系 统 的 图像 加密 算 法 「耳 计算 机辅 助 设计 与 图形学 学报 , 2 0 02 , 14 (2) : 1 36 8 阂乐 泉 , 杨 森 , 张先 华 . 基 于广义 混 沌 同步 的数 字 图 像 隐藏 方案 明 . 北 京科 技大 学 学报 , 200 3 , 2 5 ( 5 ) : 4力 9 叶永 伟 , 杨 庆 华 , 王 颖玉 . 用 混沌 序 列对 数字 图像 进 行魔 方 加密 明 . 浙 江工 业大 学 学报 , 2 0 0 3 , 3 1( 2 ) : 17 3 10 易开 祥 , 孙鑫 , 石 教 英一种 基 于混 沌序 列 的 图像 加 密算 法 闭 . 计算 机辅 助 设计 与 图形 学学报 , 20 0 , 12 (9 ) : 6 7 2 1 李 昌刚 , 韩正 之 , 张 浩然 一种基 于 指数 性混 沌序 列 的灰 度 图像 加密 算法 明 . 计算 机 工程 与应 用 , 2 0 02 , 2 6( 3) : 16 12 Sho rt K M . St印5 t o w ar d l ln r o as ik n g s e e uer c om m un i e a - it o n s [刀 . ntI J B iif 址 e iat o n C h a o s , 1 9 94 , 4 (4 ) : 9 5 9 13 S ho rt K M . U n m as ki n g a m o du laet d c h a o ti c c o r n r n u n i e a - t i o n s S c h e m e [刀 . ntI J B ifu r e at i o n C hao s , 199 6 , 6( 2) : 36 7 14 aY n g T, 丫切 g L B , y a l l g C M . B er a 肠山g e ha o t i c s w it c hi n g u s in g g e n e r a l远d sy n e hr o n i aZ ti o n : E x am Pl e s [月 . I E E E T r an s C icr u lst Sy st l , 199 8 , 4 5( 1 0 ) : 1 0 6 2 15 丫犯g T, 丫切 9 L B , 丫劝 9 C M . A p pl i e at i o no f n e aur l n e t - w o ksr t o u 刊叮 as k in g e h aot i c s e e uer c o m m 耐 e at i o n [ J ] . Phy s D , 1 99 8 , 12 4 : 2 4 8 16 王 东生 , 曹 磊 . 混沌 、 分形 及 其应 用 「M ] . 合 肥: 中 国 科 学技 术大 学 出版 社 , 19 95 17 颜庆 津 . 数值 分 析 M[ 〕 . 北 京 : 北京 航 空航 天大 学 出 版 社 , 1 9 9 2 18 王汇 源 . 数字 图像 通信 原 理与 技术 【M ] . 北 京: 国防 工业 出版 社 , 20 0 D i g iat l Im ag e nE e yr P t ion A lg o ir t h m B a s e d o n 们肚e e 一 D im e n s i o n L o r e n z C h a o s S y s t e m 环月刃G ” 心 , , z 付E N G D el i n岁 , , 了U L ie ” l ) nI fo mr at i o n nE g in e n D g S hc o L U n i v esr iyt o f s e i enc e an d eT e hn o l o 罗 B e ij 吨 , B e ij in g l 0 0 0 8 3 , C h i n a 2 ) D印别由m e n t o f A u t o m at i o n , C o ll铭 e o f s c i en c e 助 d eT c bn o l o gy eH il o n 因 i an g , H ar bin l 50 0 2 7 , C h in a A B S T R A C T hT e L o r e n z c h a o s sy s t e m w as aP P li e d t o t h e id g ialt 而ag e en c巧, tion b as e d on ht e ht o u g h t o f het ih g h e r s e e er e y o f a 让甘 e e . diln sen i o n e h ao s sy set m . F isr t ly, i t e ar ir e d o ut P er 加 a tm e in ot a er al e h a o s s e q u e cn e Por - du e e d by het sy s et m . S e e on d ly, ht e in d e x m川 ir x o f Pi x e l P e n n ul at ion w as s tr u c tL ir e d d ier e t ly by iht s er al e h ao s s e - q ue cn e . F ian l ly, idg ialt 加 ag e e n c巧 , t ion w as er al 泣 e d in het sP ac e do m ian . Th e er s ult s o f an a】y s is an d is m ul iat on s ho w th a t P r e etr a t in g het er al c h a o s se q u e cn e h as t h e s otr n g e r p s e u d o 一 r an d om , ht e b et er a ut o c o r e l iat on an d m u tL 以 l e o r e l at i o n e h ar aC t ier s it e . A d d it i o n a l ly, ht e bi g er s e cr et 一 y s Pa e e o f ht e htr e e . d众n en s ion c h a o s sy s t em , ht e s otr n - ge r ht e al g ior t hi 旧 c an b e ag a l n st de c乃巾it on a 廿a c k , 们比e e o ul 中ut s 0 f hte s y st em n ot o ul y c an re al 故 hte p ar n el en - c 巧甲t i o n o f t hr e e o r r n o r e 而ag e s , b u t ia s o I n c r e as e het m oer ecn yr Pit on e if e i e n c y o f het a l g ior th rn . K E Y W O R D S 而 a g e e n c 巧, it o ;n L o r e n z sy s et m ; p r e tr e a t n l ent ; e n e乃甲 ti on in d e x m a itr x