2011年---外文翻譯--一個基于修改后的logistics映射的圖片加密方案（譯文）

1、<p>　　中文4000字,1756單詞，8160英文字符</p><p>　　出處：Sun Y, Wang G. An image encryption scheme based on modified logistic map[C]//Chaos-Fractals Theories and Applications (IWCFTA), 2011 Fourth International Worksh

2、op on. IEEE, 2011: 179-182.</p><p>　　一個基于修改后的Logistics映射的圖片加密方案</p><p>　　摘要-為了提高混沌加密算法的安全性,在本篇文章中提出了一個修改后的混沌映射。相比于原始的混沌映射,修改后的映射總是能保持混沌狀態(tài)并且使迭代范圍從原來的(0,1)擴展到(0,4λ)(λ> 0.25)。我們設(shè)計了一個基于加密方案，提出了映射

3、實現(xiàn)圖像加密。一些仿真結(jié)果表明,修改后的Logistics映射與原始Logistics映射相比擁有更大的密鑰空間,更快的生成速率和序列加密速度快。</p><p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　近年來,數(shù)字信息已廣泛應(yīng)用在許多領(lǐng)域。我們有很多的私人多媒體來源和從任何這些來源應(yīng)該受到保護(hù)未經(jīng)授權(quán)的操作。</p><p>　　

4、混沌具有非線性動態(tài)特性和對初始條件敏感。由于混沌序列的性質(zhì),它廣泛應(yīng)用于密碼學(xué)、控制和通信。離散混沌系統(tǒng)的效率很高,但低安全,因為其密鑰空間小,連續(xù)混沌系統(tǒng)具有更高的安全性,但低效率,因為它的計算很復(fù)雜。</p><p>　　本文提出了一種修改后的混度映射，它包含兩個參數(shù),可以把映射的范圍從最初的0-1擴展到0-4（）。擴大混度序列的密鑰空間和提高混沌序列生成的速度很重要。一個基于混沌映射加密算法被設(shè)計出來，經(jīng)過

5、分析，顯示出其良好的性能。</p><p><b>　　2. 混沌序列生成</b></p><p>　　最近一維混沌映射因為其很簡單且高效已被廣泛使用在各種加密領(lǐng)域。但是它也有很多缺點，比如密鑰生成范圍小，安全性低。我們在本次設(shè)計中就經(jīng)過修改混沌映射來克服這些缺點。</p><p>　　A.一個新修改后的Logistics映射</p>

6、;<p>　　其數(shù)學(xué)定義公式如下：</p><p>　　=(1-) μ[0,4] [0,1] ①</p><p>　　其中μ[0,4]被稱為Logistic參數(shù)。當(dāng)u在3.6到4之間，映射呈現(xiàn)混沌狀態(tài)。當(dāng)u=4是是一個混沌映射。</p><p>　　分開觀察右邊的Logistics映射到兩個部分,我們發(fā)現(xiàn)第一個參數(shù)確

7、定的映射的屬性和第二個參數(shù)確定迭代的范圍。因此,第一個參數(shù)我們?nèi)=4,第二個參數(shù)我們?nèi)=1/Y.式子為</p><p>　　=4-/, n=1,2,3... ②</p><p>　　是一個常數(shù)， 式子2保證了Logistics映射總是處于混沌狀態(tài)， 并且能讓他的映射范圍取到4。</p><p>　　圖1和圖2分別顯示了修改前

8、和修改后的Logistics映射的分岔圖。在修改前的圖中我們觀察到當(dāng)u在3.6到4之間，系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)，但是修改后能去到.在這段參數(shù)范圍內(nèi)都是混沌狀態(tài)。從這兩張圖我們也可以觀察到，映射的迭代范圍達(dá)到了4*.</p><p>　　B.混沌序列生成方法</p><p>　　即使經(jīng)過修改后的序列的混沌迭代值范圍擴大了，但在序列生成的時候也有一些缺點。首先,浮點數(shù)的計算比較復(fù)雜，需要采取一些優(yōu)化

9、來解決這個問題。第二,當(dāng)CPU性能比較低，比如說在16位或8位的CPU上，這個序列的范圍不夠大。 所以，我們需要嘗試著得到一個比CPU位數(shù)更大的序列范圍。等16位或8位。所以我們需要努力得到一個更大的范圍。</p><p>　　第一次遞歸公式的結(jié)果作為接下來公式的初始值。我們把低8位的每一個結(jié)果遞歸放入混沌序列。這樣就使得混沌序列的范圍直接擴大。更多的公式能夠和更大的系統(tǒng)結(jié)合起來，生成具有更大循環(huán)范圍的序列。&

10、lt;/p><p><b>　　3. 算法分析</b></p><p>　　有很多歷史和加密方法他們中的一些人至今仍受我們歡迎。加密算法的原則是包含很多復(fù)雜的運算來提高安全性。舉例為DES加密和AES加密。但是如果要處理的目標(biāo)數(shù)據(jù)很大，它將=將會在這些加密算法上花費更多的時間。我們現(xiàn)在以已經(jīng)修改過的婚訊系統(tǒng)為基礎(chǔ)，設(shè)計一個具有更好性能的加密算法。</p>

11、<p><b>　　A.算法原則</b></p><p>　　我們知道任何種類的信息可以換算成字節(jié)和任何信息的操作都是通過字節(jié)完成。一個字節(jié)的范圍是[0,255]即256個不同的值。不同的密鑰由不同的字節(jié)表示。所以密鑰應(yīng)該有256個不同的值。得到密鑰的步驟如下:</p><p>　　1）一個數(shù)組，數(shù)組元素和數(shù)組下標(biāo)一致，比如數(shù)組為a[256],數(shù)組的元素為

12、</p><p>　　=i,i=0,1,2...255 ③</p><p>　　2)這個數(shù)組是由低字節(jié)數(shù)組組成混沌序列，數(shù)組的長度是256。例如數(shù)組b[0,256],它的元素的值是:</p><p>　　={i|0} ④</p><p>　　3)一個變

13、量k=b[i]需要生成密鑰。用a[k]取代a[i]。過程如圖4所述。</p><p>　　密鑰的取值范圍在[0,255]之間，長度是256。任何元素數(shù)組的鍵值不同于其他鍵值。例如生成的加密密鑰如表1所示:</p><p>　　解密密鑰的是由加密密鑰生成的。如果給出如表1 的加密密鑰，我們可以得到解密密鑰如下表所示:</p><p>　　現(xiàn)在,加密只是取代的每個目標(biāo)字

14、節(jié)與加密數(shù)據(jù)相應(yīng)的值。因此,加密密鑰和解密密鑰如下表所示：</p><p>　　設(shè)置一個變量能夠控制密鑰頻率的改變。例如,如果變量設(shè)置為200,這意味著每200個字節(jié)密鑰改變一次。</p><p>　　4. 在圖像加密中的應(yīng)用 現(xiàn)在我們使用混沌序列加密圖像。圖6給出了原始圖像及其分級直方圖。圖7給出了經(jīng)混沌序列加密的圖像及其分級直方圖。圖8顯示了經(jīng)修改過后的混沌序列加密的圖像及其分級直

15、方圖。在圖7和圖8之間有一個小小的差別。修改后的所產(chǎn)生的混沌序列由整數(shù)計算而成而Logistics混沌序列由浮點計算來的。前者的密鑰空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于后者,前者序列的速度也比后者快。</p><p><b>　　5. 結(jié)論</b></p><p>　　一個由較好的圖像混沌加密序列生成的經(jīng)過修改的Logistics映射在本篇文章中被提出來。該映射總是能很好的保持混沌特性，并且

16、擴大了迭代值的范圍，擴展了迭代的值的范圍從原來的(0,1)到(0,4λ)。</p><p>　　圖像加密方案是在該映射的基礎(chǔ)上提出來的。一些仿真結(jié)果表明,themodified混沌系統(tǒng)擁有比原始Logistics系統(tǒng)更優(yōu)秀的性能,如更大的密鑰空間,序列生成更快，加密速度更快和安全性更高。因此,提出修改后的Logistics映射的偽隨機性非常好的應(yīng)用前景比如說用在保密通信和其他需要加密的領(lǐng)域。</p>

17、<p>　　基于ARM嵌入式的混沌加密和AES加密算法的實現(xiàn)</p><p>　　摘要—為了提高私人信息在存儲器上的安全性，一個繼承了混沌加密，密文流和AES加密算法在此論文中被提出來。我們設(shè)計并意識到一個基于算法的加密系統(tǒng)，它在ARM（S3C6410）芯片上實現(xiàn)，能對各種存儲設(shè)備，比如U盤，SD卡和移動硬盤所存儲的信息進(jìn)行加密和解密。這個系統(tǒng)應(yīng)用人機交互技術(shù)和可視化技術(shù)提供了幾個加密算法和密鑰發(fā)生器

18、。在論文的結(jié)尾會展現(xiàn)出一些安全性高的例子。</p><p>　　關(guān)鍵字：混沌，密文流，AES，ARM，存儲設(shè)備</p><p><b>　　1. 簡介</b></p><p>　　隨著電子設(shè)備，電腦，網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，我們的世界越來越多的依賴于電子設(shè)備中存儲的數(shù)據(jù)。在很多方面，存儲數(shù)據(jù)的安全成為我們最大的關(guān)注。這些數(shù)據(jù)將會被保護(hù)，只要避免一些可能

19、存在的越權(quán)儲存。</p><p>　　但是全部這些模型還沒有將原始數(shù)據(jù)加密，一旦HDD進(jìn)行存取，這些信息將很可能被入侵。</p><p>　　在本篇論文中，我們設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于ARM（S3C6410）的可以進(jìn)行加密存儲的加密系統(tǒng)?？梢岳没煦缬成渖梢恍┬阅軆?yōu)秀的偽噪聲序列，并且這個系統(tǒng)提供了兩種加密算法。一種算法是利用流密碼產(chǎn)生的密文流，另一個是AES算法和混沌序列的混合算法。<

20、;/p><p>　　這個加密系統(tǒng)的優(yōu)勢有以下幾個：</p><p>　　1）它比一些純軟件加密或者利用加密芯片加密更安全。</p><p>　　2）它提供了兩種混沌加密系統(tǒng)來產(chǎn)生為噪聲序列和三個對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的算法。</p><p>　　3）混沌映射的參數(shù)可以被用戶使用來確保整個系統(tǒng)的安全。</p><p>　　2.

21、產(chǎn)生混沌密碼流</p><p><b>　　A.產(chǎn)生混沌序列</b></p><p>　　一些密文流能夠由不同的混沌映射產(chǎn)生。我們使用一個混沌轉(zhuǎn)換作為一個例子來展示它怎么樣生成一些密碼。一下就是混沌轉(zhuǎn)換的例子。</p><p>　　當(dāng)x>=0,S(x)=1, 當(dāng)x<0，S(x)=0令參數(shù)a=35,b=3,c=20,d=5,k=5，式

22、子1的系統(tǒng)是混沌的，并且4個李雅普諾夫指數(shù)為1.4725,0，-0.0396，-22.4606.如下圖為混沌吸引子的坐標(biāo)圖。</p><p>　　現(xiàn)在，我們來討論一下式子1用數(shù)字實現(xiàn)系統(tǒng)。首先，連續(xù)系統(tǒng)由下面的變換轉(zhuǎn)換成為離散系統(tǒng)。</p><p>　　當(dāng)i=1,2,3.讓=，，，式子1轉(zhuǎn)化為</p><p>　　離散系統(tǒng)的式子4具有和1相同的動態(tài)特征曲線，當(dāng)T足夠

23、小的時候，這里我們?nèi)為0.001。在數(shù)字系統(tǒng)中，每一個方程式中的每一個變量，均可寫成二的指數(shù)的形式相加，比如說xn。</p><p>　　B.隨機序列的特性試驗</p><p>　　為了證明式子1的混沌序列的特性，我們使用了NIST來測試。NIST是世界上最具權(quán)威性的測試隨機序列的機構(gòu)。式子1的測試報告如表1所示。</p><p>　　由表我們可知轉(zhuǎn)換后的混沌序列

24、具有很好的性能。</p><p><b>　　3. 加密算法實現(xiàn)</b></p><p>　　我們知道，數(shù)據(jù)加密的有效性十分重要，，所以我們需要一個高運算速度的處理器。在本文中，CPU的配置為667Mhz/128Mbyte ，硬件模塊處理如下圖3.</p><p>　　在加密系統(tǒng)中，軟件是基于Qt界面和主要要做的工作就是基于Qt，嵌入式做出一款

25、軟件設(shè)計。軟件設(shè)計如下圖4所示。圖5為具體的設(shè)計流程圖，這款軟件有登錄個GUI界面顯示的功能，如圖6,7。</p><p><b>　　B.存儲數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　有各種存儲器并且不同的存儲器有不同的接口，在本篇文章中，用來加密的存儲器有USB和SD卡和SPI傳輸協(xié)議。它們都包含在linux系統(tǒng)下，我們只需要將相關(guān)的模型嵌入開源系統(tǒng)中。</p

26、><p><b>　　C.加密算法分析</b></p><p>　　雜這個系統(tǒng)中惡魔提供了三種不同的加密算法，分別為基于混沌序列實現(xiàn)的密文流，兩種基于混沌序列的AES算法。</p><p>　　1）密文流：這種算法由混沌序列和純文本經(jīng)過位運算得到。在這個系統(tǒng)中，每一次加密操作都會改變混沌序列的值。圖8為密文流實現(xiàn)的過程。</p>&l

27、t;p>　　2）aes算法的兩個主要操作是合成和更換。有幾種不同的方法來完成這項操作和基本計算是:替換字節(jié),轉(zhuǎn)移行、列和混合添加圓鍵。圖9給出一個示例的AES算法的密鑰是128位。本文提出了兩種基于AES加密算法。</p><p>　　a）利用混沌序列作為AES的值：在這個算法中我們只需要用混沌序列替換掉AES的原始數(shù)據(jù)不改變其他。和序列變化一次對每128位的明文加密。我們都知道， 加密系統(tǒng)的安全性依賴于這

28、個密鑰的性能。用這種方法實現(xiàn)，加密系統(tǒng)的安全性會比原始的AES加密系統(tǒng)要好。</p><p>　　b）用混沌序列作為AES擴展的值：這種方法值之間的相關(guān)性會減少，并且AES加密系統(tǒng)的安全性會提高。</p><p>　　4. 應(yīng)用程序在文本加密</p><p>　　為了呈現(xiàn)出這個加密系統(tǒng)的性能，我們用這個系統(tǒng)給文本信息進(jìn)行加密。我們在這次試驗中使用的混沌序列為 式子1

29、 產(chǎn)生的混沌序列。著三個不同的加密算法具有相同的初始條件The condition is </p><p>　　that a=35, b=3, c=20, d=5, k=5 and x=1.0, y=1.0, z=1.0, </p><p>　　u=1.0.10,11,12分別展示了密文流，以混沌序列作為AES鍵值和以混沌序列作為AES擴展鍵值的效加密果。</p><p

30、>　　5. 系統(tǒng)的性能分析</p><p><b>　　A.加密速度</b></p><p>　　這個實驗用來測試加密速度。加密目標(biāo)文件是PDF文件，大小為7.1M。數(shù)據(jù)詳見下表。</p><p>　　B.加密系統(tǒng)的安全性</p><p>　　1）在ARM上用獨立的加密器件來代替PC上設(shè)計的軟件。</p>

31、;<p>　　2）設(shè)計一個GUI登陸界面用來預(yù)防未經(jīng)授權(quán)的用戶入侵。</p><p>　　3）幾個不同的混沌映射和加密算法用來提高系統(tǒng)的安全性。</p><p>　　4）參數(shù)可以由用戶自行設(shè)置，這就意味著密鑰只由用戶本人知道。</p><p><b>　　6. 結(jié)論</b></p><p>　　一個經(jīng)過優(yōu)化

32、的混沌映射在本文被提出來，為了得到更好的混沌序列在以上的加密算法中。一個加密系統(tǒng)在ＡＲＭ開發(fā)板上被設(shè)計出來并且實現(xiàn)了，該系統(tǒng)能夠針對不同的存儲器進(jìn)行加密和解密，比如說Ｕ盤，ＳＤ卡和硬盤。為了提高私人信息在存儲器上的安全性，三種不同的加密算法都被設(shè)計用來提高系統(tǒng)的安全性，分別有基于混沌序列的流密碼，和兩種基于混沌序列的ＡＥＳ加密算法。一些數(shù)據(jù)被用來展現(xiàn)加密系統(tǒng)的結(jié)果，通過這些數(shù)據(jù)，我們可以了解到三種加密算法全部用上會有很好的一個加密效果。