基于一维混沌映射和类标准映射的彩色图像加密新算法

提出基于一维混沌映射和类标准映射的彩色图像加密新算法。通过改进的一维混沌映射构造出一种新的类标准映射；通过空间相位图、Lyapunov指数曲线和时间序列测试等对其进行了混沌特性分析，分析结果表明新类标准映射具有混沌参数空间大、良好的随机性等混沌特性。基于一维混沌映射和新类标准映射设计了一种彩色图像加密算法。不同于传统的置乱–扩散机制，该算法采用预先扩散–置乱–扩散结构，在预先扩散阶段采用一维混沌映射产生初始向量对明文图像进行预处理，然后利用本文构造的类标准映射产生随机数对预处理后的图像进行加密。本文算法采用一维混沌系统和多维混沌系统对图像按照依行依列的方式对明文图像进行加密，不但安全性大大提高，而且加快了加密的速度。事实上，本文提出算法的安全性能分析包括密钥空间分析、密钥敏感性分析和统计分析等均表明本文提出的加密算法具有密钥空间大、密钥敏感性强、可抵抗统计分析攻击、蛮力攻击、差分攻击、已知明文和选择明文攻击等优良特性。

在当今的数字时代，新兴的社交媒体如微博、脸谱等以及新发展起来的人工智能、智慧城市、物联网、无人驾驶汽车等技术给人们带来便捷服务的同时也给攻击者留下许多攻击的机会。如果个人敏感信息甚至有关国家安全的机密信息落入到不法犯罪分子手中，将会给个人和国家带来严重甚至是致命的影响，因此，信息安全问题就显得非常重要和迫切[1] [2]。数字图像因其具有直观、形象及生动等特点成为数字信息中最为广泛，也是最重要的一种信息表达形式[3]。因而对数字图像进行保护变得非常重要。现阶段对数字图像进行保护主要有两个方法[4]，即数字图像水印技术和数字图像加密技术。图像水印技术是为了保护图像的版权而在图像中嵌入可识别的不影响明文图像表达的水印，但其内容信息并不改变。

图像加密又称图像隐藏，是指通过一个或一系列的可逆变换或映射把明文图像的明显特征进行隐藏，从而起到保护明文图像的作用。因而在现实生活中，图像加密是我们对图像进行保护的重要方法。图像因其自身的一些固有特性如数据量大、数据冗余度高和相邻像素相关性强等使得大部分的传统文本加密经典算法如DES (Data Encryption Standard)、AES (Advanced Encryption Standard)等不再适用图像加密[5]， 因此，研究者们提出了大量不同于传统文本加密的算法对图像进行保护[6]。在这些算法中基于混沌理论的加密方法引起了人们地极大关注。混沌系统具有对系统初值和和参数的极端敏感性、伪随机性、状态遍历性等的混沌特性[7] [8]， 正因为这些性质与密码学中的典型要求非常契合， 如混沌系统对参数和初值