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基于压缩感知的图像混沌加密算法

2021-07-28张小康曾国辉

内蒙古科技与经济 2021年12期

张小康,曾国辉

(广东工业大学 自动化学院,广东 广州 510006)

混沌系统是一种非线性系统,具有对初始值和参数极其敏感、遍历性以及伪随机性等属性。这些特性与密码学紧密相连,且满足密码学的基本要求,常用于图像加密领域[1]。但是,图像加密算法设计不仅要考虑算法的安全性和抗攻击性,还要考虑算法的计算量和算法实现的复杂度,要考虑算法的资源代价和计算时间代价。

压缩感知理论实现了信号从低维测量输出来重构高维稀疏输入信号,其信号在采集过程中实现了压缩,可以应用于自然图像这样的稀疏信号的存储与传输[2]。压缩采样过程可看成是加密过程,而测量矩阵就是密钥。该方法已经被证实具其密钥空间足够大,具有计算安全性,可以有效地抵抗暴力统计攻击[3]。由于压缩感知理论在图像处理过程中是一种线性压缩,不能很好地抵抗已知明文攻击和选择明文攻击,具有安全漏洞[4]。因此,为保证图像在传输过程中的安全性,将压缩感知理论和混沌理论相结合应用于图像加密过程中,可以有效地解决图像在存储和传输过程中的安全性能及压缩性能。

1 相关理论

1.1 压缩感知(CS)

压缩感知理论实现信号从低维测量输出来重构高维稀疏输入信号,其信号在采集过程中实现了压缩。过程如下:

假设长度为N的一维实离散信号X∈RN,可以采用N×N维正交基矩阵φ=[φ1,φ2,…,φN]的线性组合表示为:

x=Ψα

(1)

其中,Ψ为正交基矩阵,目的是将输入信号进行稀疏化处理,α为加权系数,能够对信号x进行压缩感知的前提条件是x具有系数性。……

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