一种基于流密码和遗传算法的高效数字图像加密算法探索.pdf

2011年12月 西北工业大学学报 Dec．201l ofNorthwestern V01．29No．6 第29卷第6期 Journal PolytechnicalUniversity 一种基于流密码和遗传算法的 高效数字图像加密算法探索 牛振喜 (西北工业大学科学技术处，陕西西安710072) 摘要：本文结合流密码和遗传算法的优点，提出了一种彩色数字图像加密算法。该算法首先将图像 分块，各块内象素相互异或，再对不同颜色分量执行迭代次数和变换矩阵均不同的三维Arnold变换， 最后将遗传算法产生的密钥流与图像数据相异或来对图像进行加密。经过理论分析和实验验证，该 算法具有密钥空间大、密钥敏感性高，加密效果好、并能有效抵御常见攻击等优点。 关键词：流密码，遗传算法，数字图像 中图分类号：TP391 文献标识码：A 随着计算机网络和多媒体技术的发展，数字图 础上，通过遗传算法产生密钥流序列，结合图像数据 像以其直观性强等特点，越来越广泛用于网络传输 自身的特点，设计了一个流加密算法。理论分析和 和通信中。图像信息一般涉及个人隐私、商业机密 实验验证表明，该算法安全性好，效率高。 和军事机密，甚至关系到国家的安全。因此，数字图 像加密技术应运而生。如何保证图像信息的必威体育官网网址性 1 算法流程 和安全性是一个亟待解决的问题。 流密码u，21也叫序列密码，是相对分组密码而 该算法首先将原图像进行分块，对块内相邻象 言的一个密码学分支。1949年Shannon发表了具 素进行异或运算，接着针对不同的颜色分量在迭代 有划时代意义的论文旧』，证明了只有“一次一密”的 次数和变换矩阵均不同的情况下，Arnold变换MJ，最 密码体制才是绝对安全的，由此形成了流密码技术 后用遗传算法产生的密钥流和图像数据执行异或运 。的雏形，并奠定了流密码技术的发展基础。流密码 算对图像进行加密。算法设计方案如图l所示。 凭借其运算速度快、实时性好、传输错误率低、安全 1．1算法流程说明 性高等特点，已在移动通信、数字电视、流媒体数字 1．1．1 图像分块和块内相邻象素相互异或运算 广播和其它数据通信业务领域得到了广泛的应用。 根据用户输入的分块数量(上限为酽)对图像 1975年，美国教授J．Holland在其专著H1中首 进行分块。假设图像大小为N木N，用户设定的分块 先提出了遗传算法(GeneticAlgorithm，GA)，即一种 个数为酽，那么该图像将被分为廖块。则每行的前 借鉴生物界自然选择和自然遗传机制的随机化有哪些信誉好的足球投注网站 (K一1)个分块的宽度为N／K，最后一块的宽度为 算法。GA具有易于并行化处理、启发式有哪些信誉好的足球投注网站、适应 N／K+Ⅳ％K，列分布与行分布类似。每个分块的象 度函数适用范围广等优点，已广泛应用于组合优化 素可以看作一个一维数组，让第一个象素的值与 问题、自适应控制、程序自动生成、机器学习、神经网 255进行异或，然后右边的象素再