基于s盒的圖像混沌置亂方法

1、基于S盒的圖像混沌置亂方法摘要數(shù)字圖像置亂技術(shù)作為數(shù)字圖像信息隱藏的預(yù)處理和后處理其主要目的是將一幅有意義的圖像變成一幅雜亂無章的圖像用以增加數(shù)字圖像信息隱藏算法抵抗非法攻擊的能力從而增加安全性。本文以圖像信息安全問題為背景介紹了通常用于分組密碼系統(tǒng)中的S盒的理論基礎(chǔ)提出了一種基于S盒的數(shù)字圖像置亂方法同時討論了置亂算法的周期性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明算法具有很好的置亂效果。關(guān)鍵詞信息安全信息隱藏S盒數(shù)字圖像置亂周期性中圖法分類號:TN911.7

2、3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:ADigitalImageScramblingBasedonSboxSUIXinguangLUOHui(KeyLabatySouthwestInstitutionofElectron&TelecomTechniquesChengdu610041)AbstractThemainaimofdigitalimagescramblingwhichisusedasthepreprocessingpostprocessinginima

3、geinfmationhidingistotransfmameaningfulimageintoameaninglessdisderedimageindertoenhancethepowertoresistinvalidattackinturnenhancethesecurity.ThispaperintroducestheacademicfoundationofSboxthatisusuallyappliedtogroupcrypto

4、systemwithimageinfmationsecurityasitsbackgroundthenpresentsamethodofdigitalimagescramblingbasedonSboxdiscussestheperiodicityofthearithmetic.Thealgithmisprovedtobeefficientwithexperiments.Keywdsinfmationsecurityinfmationh

5、idingSboxdigitalimagescramblingperiodicity1引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)和智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用數(shù)字化信息可以以各種形式在網(wǎng)絡(luò)上迅速便捷地傳輸。然而由于網(wǎng)絡(luò)的開放性特點(diǎn)使得任何人都可以在網(wǎng)絡(luò)上自由地獲取他感興趣的任何東西這就使得信息的安全性倍受關(guān)注。在網(wǎng)絡(luò)通信中往日因存儲量大和傳輸占用帶寬大而讓人們望而卻步的數(shù)字圖像也由于存儲技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展而在網(wǎng)絡(luò)通信中占有越

6、來越多的比率。數(shù)字圖像有其固有的一些特殊性質(zhì)如2維的自相似性、相關(guān)性、大數(shù)據(jù)量等。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展人們在圖像信息安全方面做了許多有益的探索并取得了一定成果其中之一即圖像信息隱藏技術(shù)。作為信息安全領(lǐng)域的后起之秀圖像信息隱藏技術(shù)用于保密通信有自己的優(yōu)勢因而近年來成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)特別是在圖像隱藏、圖像分存、數(shù)字水印等方面。數(shù)字圖像置亂技術(shù)作為數(shù)字圖像信息隱藏的預(yù)處理和后處理其主要目的是將一幅有意義的圖像變成一幅雜亂無章的圖像使其所要表

7、達(dá)的真實(shí)信息無法直觀地得到。它可以增加數(shù)字圖像信息隱藏算法抵抗非法攻擊的能力以增加安全性。在數(shù)字圖像置亂方面已有許多比較有效的方法如基于Arnold變換、幻方、Hilbert曲線、Conway游戲、Tangram算法、IFS模型、Gray碼變換、仿射模變換、多相濾波等方法[1~9]。本文從分組密碼中S盒的高度非線性性和擴(kuò)散性出發(fā)提出了一種基于S盒新數(shù)字圖像置亂方法并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。2S盒S盒是分組密碼中的一個計(jì)算部件是一個高

8、度非線性的輸入輸出真值表其作用是使得明文和密鑰產(chǎn)生充分的混淆和擴(kuò)散。S盒的設(shè)計(jì)思想是這樣的:將非線性度高、混淆和擴(kuò)散性能好的密碼函數(shù)作為分組密碼的運(yùn)算部件?？紤]到這些密碼函數(shù)的運(yùn)算量很大將其在各種自變量下的函數(shù)值預(yù)先計(jì)算好并做成輸入輸出真值表在實(shí)際應(yīng)用時只需要根據(jù)輸入值來調(diào)置換都可以看作4比特串到4比特串之間的一個置換。利用這種關(guān)系可以對圖像進(jìn)行灰度置亂。由于灰度圖像的每個像素用8個比特表示可以對其高4位和低4位分別進(jìn)行置換從而達(dá)到置亂

9、的效果。具體作法是:把圖像每16個像素分為一組利用S盒的32個置換對這16個像素(16字節(jié)共32個41224中國圖象圖形學(xué)報第9卷位比特串)分別進(jìn)行置換。圖2是一個變換實(shí)例。圖2灰度置亂實(shí)例3.3基于位置和灰度的置亂既對圖像進(jìn)行位置置亂(打亂行、列及區(qū)域的位置關(guān)系)又對圖像進(jìn)行灰度置亂(改變灰度值)。圖3是一個變換實(shí)例。圖3位置加灰度置亂實(shí)例4置亂算法的性能分析4.1算法的復(fù)雜性分析由于算法采用S盒置亂直接調(diào)用真值表而沒有涉及函數(shù)的具體