改进Zigzag遍历与哈希的Lorenz混沌构建

郭媛; 王充

doi:10.37188/OPE.20212902.0411

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

改进Zigzag遍历与哈希的Lorenz混沌构建

信息科学 | 更新时间：2026-09-12

- 改进Zigzag遍历与哈希的Lorenz混沌构建
- Improved Zigzag traversal and Lorenz chaotic construction of hash
- 光学精密工程 2021年29卷第2期页码：411-419
- 作者机构：
  
  齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006
- 作者简介：
  
  郭　媛（1974-），女，辽宁台安人，博士，教授，研究生导师，CCF会员，1997年于齐齐哈尔大学获得学士学位，2004年和2008年于燕山大学获得硕士和博士学位。2012-2013年霍普金斯大学访问学者。现为齐齐哈尔大学计算机与控制工程学院院长。主要从事光电检测与传感器技术，光学散斑测量，光学图像加密与隐私保护。E-mail：guoyuan171@126.com
  王　充（1995-），），男，河南周口人，硕士研究生，2018年于许昌学院获得学士学位，主要从事图像处理。E-mail：1092588271@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(61872204);黑龙江省自然科学基金资助项目(F2017029);黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目资助项目(135109236)
- DOI：10.37188/OPE.20212902.0411
  中图分类号： TP391.9
- 收稿：2020-08-21，
  
  修回：2020-10-20，
  
  纸质出版：2021-02-15
- 稿件说明：
移动端阅览
郭媛,王充.改进Zigzag遍历与哈希的Lorenz混沌构建[J].光学精密工程,2021,29(02):411-419.

GUO Yuan,WANG Chong.Improved Zigzag traversal and Lorenz chaotic construction of hash[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):411-419.
郭媛,王充.改进Zigzag遍历与哈希的Lorenz混沌构建[J].光学精密工程,2021,29(02):411-419. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0411.

GUO Yuan,WANG Chong.Improved Zigzag traversal and Lorenz chaotic construction of hash[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(02):411-419. DOI： 10.37188/OPE.20212902.0411.

摘要

针对常见的基于混沌系统构造测量矩阵用于加密的算法，只是采用简单的混沌初始值进行迭代，为了使明密文信息相关联程度更加紧密，具备抗选择明密文攻击的能力。本文提出一种利用明文信息确定zigzag初始位置，通过与原始图像像素形成关联，极大地提高了明文的敏感性。另外，采用安全哈希算法SHA-512，产生与明文相关联的哈希值，用来构造系统的初始值，通过混沌系统来构造压缩感知中的测量矩阵，极大地减少了由于需要存储测量矩阵而造成的空间资源和传输成本。在信息熵，密文敏感性和相关系数等特性方面进行可视化分析。实现结果表明，密文图像的信息熵为7.998 6，更接近于8，相关系数接近于0。能够实现灰度图像的安全性加密，抵抗明密文攻击，具有一定的鲁棒性，对于灰色图像加密具有较强的实用性。

Abstract

To construct a measurement matrix for encryption algorithm based on chaotic system， it only USES simple chaotic initial value to iterate， in order to make the correlation degree of the information of plain ciphertext more closely， it has the ability to resist the attack of selective plain ciphertext.This paper proposes a method to determine zigzag initial position by using plaintext information， which greatly improves the sensitivity of plaintext by forming an association with the original image pixel. In addition， SHA-512， a secure hash algorithm， is adopted to generate the hash value associated with the clear text， which is used to construct the initial value of the system. The measurement matrix in the compressed perception is constructed through the chaotic system， which greatly reduces the space resources and transmission costs caused by the need to store the measurement matrix. In the information entropy， ciphertext sensitivity and correlation coefficient and other characteristics of visual analysis.The realization results show that the information entropy of ciphertext image is 7.998 6， which is closer to 8， and the correlation coefficient is close to 0.It can realize the security encryption of gray image and resist plain ciphertext attack. It has certain robustness， and has strong practicality for gray image encryption.

关键词

Keywords

references

王宗跃，夏启明，蔡国榕，等 . 自适应图像组的稀疏正则化图像复原［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 12 ）： 2713 - 2721 .

WANG Z Y ， XIA Q M ， CAI G R ， et al . . Sparse regularization image restoration for adaptive image sets ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 12 ）： 2713 - 2721 . （in Chinese）

朱福珍，刘越，黄鑫，等 . 改进的稀疏表示遥感图像超分辨重建［J］. 光学精密工程， 2019 ， 27 （ 3 ）： 718 - 725 .

ZHU F ZH ， LIU Y ， HUANG X ， et al . . Improved sparse representation of remote sensing image super-resolution reconstruction ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2019 ， 27 （ 3 ）： 718 - 725 . （in Chinese）

郑蓉珍，赵芳，李波，等 . 混合高斯/泊松最大似然函数下的CBCT图像重建［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 2 ）： 457 - 464 .

ZHENG R ZH ， ZHAO F ， LI B ， et al . . CBCT image reconstruction under mixed gaussian/poisson maximum likelihood function ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 2 ）： 457 - 464 . （in Chinese）

邵文泽，韦志辉 . 压缩感知基本理论：回顾与展望［J］. 中国图象图形学报， 2012 ， 17 （ 1 ）： 1 - 12 .

SHAO W Z ， WEI ZH H . Basic theory of compressed sensing： review and prospect ［J］. Chinese journal of image and graphics ， 2012 ， 17 （ 1 ）： 1 - 12 . （in Chinese）

NAN R ， ZHOU AD ， ZAHNG F ， et al . . Novel image compression-encryption hybrid algorithm based on key-controlled measurement matrix in compressive sensing ［J］. Optics and Laser Technology ， 2014 ， 62 （ 10 ）： 152 - 160 .

梁亚茹，吴建华 . 基于压缩感知和变参数混沌映射的图像加密［J］. 光电子·激光， 2015 ， 26 （ 3 ）： 605 - 610 .

LIANG YR ， WU JH . Image encryption based on compressed sensing and Variable parameter Chaotic mapping ［J］. optoelectronics ， laser ， 2015 ， 26 （ 3 ）： 605 - 610 . （in Chinese）

王厚林，李智 . 一种基于压缩感知与混沌系统的比特级图像加密方法［J］. 软件导刊， 2017 ， 16 （ 4 ）： 188 - 190 .

WANG H L ， LI ZH . A Specific image encryption method based on compressed sensing and chaotic system ［J］. Software Guide ， 2017 ， 16 （ 4 ）： 188 - 190 . （in Chinese）

朱礼亚，张曦，张亮 . 基于并行压缩感知与混沌映射的图像加密方案设计［J］. 微电子学与计算机， 2019 ， 36 （ 10 ）： 96 - 102 .

ZHU L Y ， ZHANG X ， ZHANG L . Design of image encryption scheme based on parallel compressed sensing and chaotic mapping ［J］. Microelectronics and Computers ， 2019 ， 36 （ 10 ）： 96 - 102 . （in Chinese）

周伟，景博，张航，等 . 一种基于复合混沌映射的压缩感知测量矩阵构造方法研究［J］. 电子学报， 2017 ， 45 （ 9 ）： 2177 - 2183 .

ZHOU W ， JING B ， ZHANG H ， et al . . A method for constructing compressed sensing measurement matrix based on composite chaotic mapping ［J］. Acta Electronica Sinica ， 2017 ， 45 （ 9 ）： 2177 - 2183 . （in Chinese）

武海洋 . 基于混沌系统和压缩感知的视觉安全图像加密算法［D］. 开封：河南大学， 2019 .

WU H Y . Visual Security Image Encryption Algorithm Based on Chaotic System and Compressed Perception ［D］. Kaifeng ： Henan University ， 2019 . （in Chinese）

于长志 . 基于压缩感知的数字图像压缩加密研究［D］. 济南：济南大学， 2019 .

YU CH ZH . Research on Digital Image Compression and Encryption based on Compressed Sensing ［D］. Jinan ： University of Jinan ， 2019 . （in Chinese）

邹建成，陈婷婷，张波，等 . 一种基于压缩感知的数字图像加密新算法［J］. 北方工业大学学报， 2014 ， 26 （ 1 ）： 1 - 6 .

ZOU J CH ， CHEN T T ， ZHANG B ， et al . . A new algorithm for digital image encryption based on compressed sensing ［J］. Journal of north China university of technology ， 2014 ， 26 （ 1 ）： 1 - 6 . （in Chinese）

陈明惠，王帆，张晨曦，等 . 基于压缩感知的频域OCT图像稀疏重构［J］. 光学精密工程， 2020 ， 28 （ 1 ）： 189 - 199 .

CHEN M H ， WANG F ， ZHANG CH X ， et al . . OCT image sparse reconstruction based on compressed sensing in frequency domain ［J］. Opt. Precision Eng. ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 189 - 199 . （in Chinese）

陈军，张向利，张红梅 . 基于Lorenz映射和Logistic映射的图像分块加密算法［J］. 桂林电子科技大学学报， 2019 ， 39 （ 1 ）： 76 - 81 .

CHEN J ， ZHANG X L ， ZHANG H M . Image block encryption algorithm based on Lorenz map and Logistic map ［J］. Journal of guilin university of electronic science and technology ， 2019 ， 39 （ 1 ）： 76 - 81 . （in Chinese）

CHAI XL ， ZHENG XY ， GAN ZH ， et al . . An image encryption algorithm based on chaotic system and compressive sensing ［J］. Signal Processing ， 2018 ， 148 （ 7 ）： 124 - 144 .

彭博 . 基于超混沌系统的图像加密算法研究［D］. 武汉：湖北工业大学， 2020 .

PENG B . Research on Image Encryption Algorithm based on hyperchaotic System ［D］. Wuhan ： Hubei University of Technology ， 2020 . （in Chinese） .

钟彩，潘梅森 . 一种基于新超混沌Chen系统的置乱替代相结合的加密算法［J］. 液晶与显示， 2020 ， 35 （ 1 ）： 91 - 97 .

ZHONG C ， PAN M S . An encryption algorithm based on new Hyperchaotic Chen System combining scrambling substitution ［J］. Liquid crystal and display ， 2020 ， 35 （ 1 ）： 91 - 97 . （in Chinese）

田军锋，彭静静，左宪禹，等 . 基于循环移位和多混沌映射的图像加密算法［J］. 计算机科学， 2020 ， 47 （ 10 ）： 327 - 331 .

TIAN J F ， PENG J J ， ZUO X Y ， et al . . Image encryption algorithm based on cyclic Shift and multi-chaos Mapping ［J］. Computer Science ， 2020 ， 47 （ 10 ）： 327 - 331 . （in Chinese）

李付鹏，刘敬彪，王光义，等 . 基于混沌集的图像加密算法［J］. 电子与信息学报， 2020 ， 42 （ 4 ）： 981 - 987 .

LI F P ， LIU J B ， WANG G Y ， et al . . Image encryption algorithm based on chaotic set ［J］. Chinese journal of electronics and information technology ， 2020 ， 42 （ 4 ）： 981 - 987 . （in Chinese）

全俊杰，蔡清波 . 一种基于Lorenz混沌系统的有效图像加密算法［J］. 泉州师范学院学报， 2020 ， 38 （ 2 ）： 43 - 52 .

QUAN J J ， CAI Q B . A kind of effective image encryption algorithm based on Lorenz chaos system ［J］. Journal of quanzhou normal college ， 2020 ， 38 （ 2 ）： 43 - 52 . （in Chinese）

付正，李嵘 . 基于新型切换Lorenz混沌系统的图像加密算法研究［J］. 计算机与数字工程， 2020 ， 48 （ 1 ）： 170 - 173 .

FU ZH ， LI R . Research on image encryption algorithm based on new switching Lorenz chaotic system ［J］. Computer and digital engineering ， 2020 ， 48 （ 1 ）： 170 - 173 . （in Chinese）

班多晗，吕鑫，王鑫元 . 基于一维混沌映射的高效图像加密算法［J］. 计算机科学， 2020 ， 47 （ 4 ）： 278 - 284 .

BAN D H ， LÜ X ， WANG X Y . An efficient image encryption algorithm based on one-dimensional chaotic mapping ［J］. Computer science ， 2020 ， 47 （ 4 ）： 278 - 284 . （in Chinese）

张雪锋，陈尧尧，翟羽佳 . 基于一维混沌映射和比特块置乱的图像加密［J］. 西安邮电大学学报， 2019 ， 24 （ 4 ）： 28 - 35 .

ZHANG X F ， CHEN Y Y ， ZHAI Y J . Based on one-dimensional chaotic map and bits of scrambling image encryption ［J］. Journal of Xi 'an University of Posts and Telecommunications ， 2019 ， 24 （ 4 ）： 28 - 35 . （in Chinese）

浏览量

648

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

双超混沌系统结合压缩感知和Fibonacci变换的彩色图像加密

计算光谱成像系统及光谱重建算法

面向光学遥感影像的高效编码与重构

基于测量基优化的低采样率单像素成像

基于压缩感知的频域OCT图像稀疏重构