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1、数字图像加密算法之图像融合技术加密随着宽带网的发展，图像数据开始在网上流行，基于有些图像数据的敏感性，因而图像数据的保护越来越受到关注。图像融合技术是利用图像灰度值进行插值融合的新技术，利用该技术可实现对灰度图像的融合。我们在图像融合技术的基础上，结合混沌序列的伪随机特性，给出了一种基于混沌序列的图像文件加密技术，同时，结合给出的图像文件加密效果的评价标准，通过实验验证了该方法是一种高效、稳定的图像文件加密技术。二、图像融合技术基于图形( Graphics)的融合技术主要是应用线性插值技术进行不同图形之间的融合过渡。对于图像(Image)的融合可以将图形的融合技术应用于图像的处理上，但由于图像
2、的复杂程度远大于图形，所以应用这些技术时，算法效率很低，而且，一般只能得到近似计算。从构成图像的像素角度考虑，基于图像的像素灰度值，可以在两幅同等大小的图像之间进行线性插值，实现对两幅图像的快速融合，具体方法是：对两幅同样大小的图像进行插值融合，记原图像为 F，目标图像为 D，插值结果图像为 E，两幅图像上对应像素(i，j)的灰度值分别记为 F(i，j) 和 O(i，j) ，其中 F(i，j) 为原图像在(i，j)处的像素灰度值，O(i，j) 为目标图像在(i，j)处的像素灰度值。插值的方程为：根据以上公式计算出的 E(i，j) 即为插值结果图像在(i ，j) 处的灰度值，当 v 的值从0变化
3、到l 时，相应的结果图像从原图像 F 变化到目标图像 O。图 1即是根据以上方法进行融合的结果，经过实验比较发现，当 v 的值等于1时，得到的结果图像即为目标图像。二、图像文件加密技术在利用混沌序列进行图像文件加密的算法中，基于加密算法安全性的要求，一般多采用类似于密码学中的 Feistel 型结构，通过循环迭代的加密，逐步增加加密图像的混乱程度，从而实现对图像的加密。通过图1图像融合的图例可以发现，在图像融合的中间过程，结果图像具有一定程度的混乱。根据这一结果，结合混沌序列良好的伪随机性，可以将这种方法应用于图像文件加密，具体方法是：取两幅同样大小的图像，其中需要加密的图像称为原图像 Ima
4、ge，另一幅图像称为密铜图像 Kinrage，根据图像大小生成的混沌序列记为：ai，j，i=1,2，M ，j=1，2，N，其中 MN 是图像的大小对混沌序列进行归一化处理，利用混沌序列对两幅图像进行融合，融合过程为：则得到具有一定混乱度的倒像 Enimage，根据加密的需要进行迭代加密，则得到最终的加密图像文件。结合传统的图像融合算法，给出直接应用图像融合技术的数宁图像加密算法如下：图像加密算法1：基于图像融合的图像加密算法Step1：输入密钥图像 Kinrage 和原图像 Image，同时给出混沌序列的初始值 ao。Step2：根据图像生成相应的混沌序列，对混沌序列的值进行归一化处理，使其满
5、足：Step3：利用混沌序列ai对两幅图像进行融合加密，得到 Enimage。Step4：定义 Enimage 为新的原图像，Image 为新的密钥剧像，返回 Step2。直到迭代加密过程完成。以上图像加密算法中，每一次循环加密可采用不同的混沌序列，也可采用相唰的混沌序列，密钥定义为密钥图像和混沌序列的初始值。利用图像加密算法1加密图像文件的图例如下图2，其中混沌序列为 Logistic 映射：0。通过图2可以看出，利用图像加密算法1加密的效果很不理想，分析原因，主要有以下几点：一、在图像文件加密过程中所应用的混沌序列进行了归一化，这与图像融合技术保持一致，但在加密过程中，这造成 Enimag
6、e(i，j)必然介于 Image(i，j) 与 Kimage(i，j)的灰度值之间，不管迭代多少次，这样的限制条件都无法改变。二、利用密钥图像作为整个加密系统的部分密钥，这样就造成密钥所占空间过大1，传输的成本相应增加，从而影响到算法的实际使用。基于以上分析，我们给出改进的基于图像融合技术的数字图像加密算法。在改进的图像加密算法中，设需加密图像为 Image，大小为 MN，根据图像生成混沌序列记为：ai，j，i=1，2 ，M ，j=1，2， ，N，对该混沌序列进行简单的离散化如下：A（i ，j）= round（ai，j256）如果将矩阵 A 看成是图像的灰度矩阵，则可由混沌序列生成一幅灰度图像
7、 Kimage，作为即将加密的密钥图像，现在，根据加密需要生成融合过程的混沌序列bi，j，i=1，2，M，j=1，2 ，N，进行计算：在以上融合计算中，在插值系数 bi，j 前乘2的原因有以下两点：一、可以使结果图像的灰度值范围不受限制条件的约束；二、在计算机中，乘2的计算效率很高，保证不影响算法的效率。图像加密算法2：改进的基于图像融合的图像加密算法Stcp1：输入原图像 Image，同时给出混沌序列的初始值 ao 和 b0。Step2：根据 ao 生成混沌序列ai，j，i=1 ，2 ， ，M，j=1，2，N，离散化后得到密钥图像 kimage 的灰度矩阵。Step3：生成相应的混沌序列bi
8、，j ，i=1，2， ，M， j=1，2，N。Step4：利用混沌序列bi，j 对 Image 和 Kimage 进行融合加密，得到加密图像Enimage；Step5：定义 Enimage 为新的原图像，Image 为新的密钥图像，返回 Step2。直到迭代加密过程完成。图像文件解密过程为图像文件加密的逆过程，根据捅值公式(3)分析可知，在得到相同的混沌序列的前提下，相应的解密过程为：其中，当 bi，j 时，则 Image(i, j)=Kimoge（i,j ） 。可以发现，公式(3)和公式(4)除了插值的系数不同外，在形式上是一样的，说明解密过程也是一种插值过程，所以根据公式(4)，参考算法2
9、，可以得到相应的解密算法。三、图像加密算法性能分析基于融合技术的图像加密算法，安全性依赖于所用混沌序列的安全性，从公式(3)可知，当Kimage（i，j）和 bi，j 都不可知。通过 Eniurage(i, j)直接解出 Image(i,j)是不可能的，而当图像较大时，相应生成的密钥图像灰度矩阵也会很大，采用穷举法进行破解也是困难的，其时间复杂度为 O(MN256)。同时，由于图像文件加密过程是在像素灰度值之例进行插值计算，所以除了要生成密钥图像灰度矩阼以外，其余的混沌序列不需要进行相应的离散化处理，这样，可以保证图像加密算法具有较高的效率。四、图像加密算法图 例图3是采用真实图像作为密钥图像的加密效果图。图4是采用混沌序列生成图像作为密钥图像的加密效果图，通过图4可以看出，加密效果随着迭代次数的增加是稳定的。具体的加密结果为：
