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[摘 要]近年来，由于信息技术的不断提升，许多与加密相关的技术也随之得到了不断的发展，图像加密技术就是其中之一。随着许多种新兴的图像加密技术被不断的提出和投入试验，混沌加密技术由于有着加密处理快和保密性好的优点，逐渐的在各种加密技术中崭露头角。本文主要对图像的混沌加密技术进行简单的分析和研究。
[关键词]图像 混沌 加密算法
中图分类号：P127 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0349-01
由于信息技术发展十分快速，各种新的程序和软件层出不穷，传统的图像加密方式所用的算法逐渐显得较为简单，不能很好的应对某些破解加密的方法和技术，因此逐渐的不适用于现代的信息加密工作。在这样的现实条件下，混沌图像加密方法应运而生。混沌图像加密技术是将混沌加密方法与图像加密相结合而产生的一种图像加密方式，其主要方法是把被加密的图像转化成按某种编码规则所编写而成的二进制数据流，然后在这个二进制数据流的基础之上添加具有一定规则的混沌系统，使原先的图像的二进制数据排列方式遭到破坏而达到对图像进行加密的目的。从理论上来看，混沌加密是非常适用于图像加密的，由于其具有遍历性、混合性等特性，使之可以很好的达到对图像进行加密的效果。
一、混沌图像加密技术的优点
相比于传统的图像加密技术，混沌图像加密技术抛弃了以往的加密方式那种简单的算法，而是利用混沌系统的序列对图像的像素序列进行替换，以达到加密的目的。
1、密钥空间大。首先，混沌加密技术的初始条件定位范围就相当的广，我们可以借助于混沌模型创造出无数个各不相同的加密方式；其次，混沌系统的序列对于初始值的变化十分敏感，稍微改变初始值，就可以使混沌系统发生很大的变化。
2、实用性好。在利用混沌系统对图像进行加密时，只需要对像素值或是像素坐标通过一定的规律进行替换，因此在实际运用的过程中十分的方便。
3、鲁棒性好。由于混沌图像加密技术运用的只是数据替换的方法，并不破坏图像原有的数据排列，因此可以很好的抵抗外界的干扰和处理，具有良好的鲁棒性。
4、加密速度快。除了以上的优点之外，与其他的加密技术相比混沌图像加密技术还有着无可比拟的速度。经过实验测试，在同一台计算机上对500k 的数据进行加密，DES需要467秒，RSA需要1151秒，而混沌算法则仅仅只需要14秒，因此在加密速度上，混沌算法有着绝对的优势。而加密工作本身对于速度的要求就较高，若是在图像加密工作领域推广混沌算法的使用，无疑会大大促进图像加密技术的发展。
二、混沌图像加密方法及目前存在的问题
1、混沌的象素值置乱算法：
首先假设一个大小为为M×N，灰度级为L的图像，命名其为f。然后确定一个混沌系统，设定该混沌系统初始值x（0） 作为加密密钥，并通过对该系统进行运算产生完整的混沌序列{x（i）}，量化其为二值随机序列{b（i）}，最后运用随机序列{b（i）}与原始图像数据按比特位进行异或得到加密图像f ′。经过该轮替换之后，加密后图像的像素点f ′（x，y）则对应于原始图像的象素点f （x，y）（0 ≤ x ≤ M-1，0 ≤ y ≤ N-1）。由于使用的混沌序列具有一定程度的随机性，因此经过混沌系统加密后的图像序列也会具有一定程度的随机性，从而可以实现对图像进行加密。若要想对图像进行解密，则可以再次使用随机序列{b（i）}与加密图像的序列进行异或运算。
2、基于混沌的象素位置置乱算法：
首先假设一个大小为为M×N的图像，命名其为f。然后选定两个混沌系统，分别设定这两个混沌系统的初值为x（0）、y（0），并通过运算产生两列完整的混沌序列，随后用这两个混沌序列去置乱原图像的行地址和列地址，对原图像的数列进行替换。经过这样的替换后，现有的图像矩阵与原图像之间的关系为：置乱后的图像 f ′ （i，j） =f（x（i），y（j）） （1≤ i ≤ M，1≤ j ≤ N ）。若要想对图像进行解密，则可以再次使用以上两个随机序列与加密图像的序列进行异或运算。
三、混沌图像加密目前存在的问题
混沌图像加密技术具有许多优秀的特性，例如其加密速度快、系统随机性好、加密效果好等，但在其实际应用中还存在着一定的问题。
1、在实际运用混沌系统对图像进行加密处理时，其加密作用往往不能达到理想中的效果，而是会受到一定程度的限制。这一现象的产生主要是由于计算机的精度相当有限，因此混沌系列的随机性实际上是一种伪随机的状态，这会大大影响到混沌加密的安全性。
2、在目前来说，使用混沌加密方法对图像进行加密一般只是运用混沌系统通过对图像的像素值或是像素位置进行替换，从而达到加密的目的，而这样的加密方式无疑还太过于简单，不能很好的应对许多破译的方法。
3、在当前，使用混沌加密方法对图像进行加密一般只会创造一维或是二维的混沌系统，但这种低维度的混沌系统替换在保密性方面还稍有欠缺，没有很好的保密效果。
四、解决混沌图像加密当前问题的对策
以下针对混沌图像加密技术当前在实际应用中存在的问题，提出一些简单的对策。
1、由于计算机计算精度的限制，使得当前混沌系统的伪随机性较为明显，不能很好的抵抗某些破译的方式。因此，我们需要在当前的基础上进行研究，设计出具有更长数列周期的混沌系统，提高混沌系统的随机性，也就可以有效的提高混沌系统的安全性。
2、针对目前在图像加密领域中应用混沌加密方法时加密维度普遍较低的情况，我们应该积极探索，寻找规律更加复杂，维度更高的混沌系统加密方式，提高混沌系统的加密效果，使之能更好的抵抗某些简单的低维度的破解方法。
3、在实际运用的过程中，我们可以把扰乱象素值的加密方式与置亂象素位置的加密方式结合起来使用，提高加密的作用效果。在加密过程中，可以灵活选用先扰乱像素值再置乱像素值或是先置乱像素值再扰乱像素值的方式，由于这种方法实际上是对图像进行了二次加密，因此其安全性得到了大大的提高，破译者需要逆着加密的步骤才有可能完成破译，使得破译的难度有了显著的增加。同时，我们也可以采取混沌加密与其他加密方式共同加密的方法，综合几种加密方式的优点，使加密的安全性得到提高。
结论
随着信息理论与技术的不断发展，图像加密技术也得到了显著的提高。而混沌加密技术的产生给图像加密领域带来的新的研究方向，也大大的提高了图像加密的效果。我们在运用混沌加密技术的同时，一定要明确认识到当前混沌加密技术中存在的问题，根据实际运用的需要，对其进行研究和改变，使之能够具有更好的加密效果。
参考文献
[1] 乌旭，陈尔东，胡家升.一种基于混沌的图像加密改进方法[J].大连理工大学学报.2004（05）.
[2] 黎娅，徐江峰.基于混沌的图像加密技术进展[J].河南师范大学学报（自然科学版）.2005（03）.
[3] 文志强，李陶深，张增芳.一种新的基于混沌序列的图像加密技术[J]. 计算机工程.2005（10）.
[关键词]图像 混沌 加密算法
中图分类号：P127 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）28-0349-01
由于信息技术发展十分快速，各种新的程序和软件层出不穷，传统的图像加密方式所用的算法逐渐显得较为简单，不能很好的应对某些破解加密的方法和技术，因此逐渐的不适用于现代的信息加密工作。在这样的现实条件下，混沌图像加密方法应运而生。混沌图像加密技术是将混沌加密方法与图像加密相结合而产生的一种图像加密方式，其主要方法是把被加密的图像转化成按某种编码规则所编写而成的二进制数据流，然后在这个二进制数据流的基础之上添加具有一定规则的混沌系统，使原先的图像的二进制数据排列方式遭到破坏而达到对图像进行加密的目的。从理论上来看，混沌加密是非常适用于图像加密的，由于其具有遍历性、混合性等特性，使之可以很好的达到对图像进行加密的效果。
一、混沌图像加密技术的优点
相比于传统的图像加密技术，混沌图像加密技术抛弃了以往的加密方式那种简单的算法，而是利用混沌系统的序列对图像的像素序列进行替换，以达到加密的目的。
1、密钥空间大。首先，混沌加密技术的初始条件定位范围就相当的广，我们可以借助于混沌模型创造出无数个各不相同的加密方式；其次，混沌系统的序列对于初始值的变化十分敏感，稍微改变初始值，就可以使混沌系统发生很大的变化。
2、实用性好。在利用混沌系统对图像进行加密时，只需要对像素值或是像素坐标通过一定的规律进行替换，因此在实际运用的过程中十分的方便。
3、鲁棒性好。由于混沌图像加密技术运用的只是数据替换的方法，并不破坏图像原有的数据排列，因此可以很好的抵抗外界的干扰和处理，具有良好的鲁棒性。
4、加密速度快。除了以上的优点之外，与其他的加密技术相比混沌图像加密技术还有着无可比拟的速度。经过实验测试，在同一台计算机上对500k 的数据进行加密，DES需要467秒，RSA需要1151秒，而混沌算法则仅仅只需要14秒，因此在加密速度上，混沌算法有着绝对的优势。而加密工作本身对于速度的要求就较高，若是在图像加密工作领域推广混沌算法的使用，无疑会大大促进图像加密技术的发展。
二、混沌图像加密方法及目前存在的问题
1、混沌的象素值置乱算法：
首先假设一个大小为为M×N，灰度级为L的图像，命名其为f。然后确定一个混沌系统，设定该混沌系统初始值x（0） 作为加密密钥，并通过对该系统进行运算产生完整的混沌序列{x（i）}，量化其为二值随机序列{b（i）}，最后运用随机序列{b（i）}与原始图像数据按比特位进行异或得到加密图像f ′。经过该轮替换之后，加密后图像的像素点f ′（x，y）则对应于原始图像的象素点f （x，y）（0 ≤ x ≤ M-1，0 ≤ y ≤ N-1）。由于使用的混沌序列具有一定程度的随机性，因此经过混沌系统加密后的图像序列也会具有一定程度的随机性，从而可以实现对图像进行加密。若要想对图像进行解密，则可以再次使用随机序列{b（i）}与加密图像的序列进行异或运算。
2、基于混沌的象素位置置乱算法：
首先假设一个大小为为M×N的图像，命名其为f。然后选定两个混沌系统，分别设定这两个混沌系统的初值为x（0）、y（0），并通过运算产生两列完整的混沌序列，随后用这两个混沌序列去置乱原图像的行地址和列地址，对原图像的数列进行替换。经过这样的替换后，现有的图像矩阵与原图像之间的关系为：置乱后的图像 f ′ （i，j） =f（x（i），y（j）） （1≤ i ≤ M，1≤ j ≤ N ）。若要想对图像进行解密，则可以再次使用以上两个随机序列与加密图像的序列进行异或运算。
三、混沌图像加密目前存在的问题
混沌图像加密技术具有许多优秀的特性，例如其加密速度快、系统随机性好、加密效果好等，但在其实际应用中还存在着一定的问题。
1、在实际运用混沌系统对图像进行加密处理时，其加密作用往往不能达到理想中的效果，而是会受到一定程度的限制。这一现象的产生主要是由于计算机的精度相当有限，因此混沌系列的随机性实际上是一种伪随机的状态，这会大大影响到混沌加密的安全性。
2、在目前来说，使用混沌加密方法对图像进行加密一般只是运用混沌系统通过对图像的像素值或是像素位置进行替换，从而达到加密的目的，而这样的加密方式无疑还太过于简单，不能很好的应对许多破译的方法。
3、在当前，使用混沌加密方法对图像进行加密一般只会创造一维或是二维的混沌系统，但这种低维度的混沌系统替换在保密性方面还稍有欠缺，没有很好的保密效果。
四、解决混沌图像加密当前问题的对策
以下针对混沌图像加密技术当前在实际应用中存在的问题，提出一些简单的对策。
1、由于计算机计算精度的限制，使得当前混沌系统的伪随机性较为明显，不能很好的抵抗某些破译的方式。因此，我们需要在当前的基础上进行研究，设计出具有更长数列周期的混沌系统，提高混沌系统的随机性，也就可以有效的提高混沌系统的安全性。
2、针对目前在图像加密领域中应用混沌加密方法时加密维度普遍较低的情况，我们应该积极探索，寻找规律更加复杂，维度更高的混沌系统加密方式，提高混沌系统的加密效果，使之能更好的抵抗某些简单的低维度的破解方法。
3、在实际运用的过程中，我们可以把扰乱象素值的加密方式与置亂象素位置的加密方式结合起来使用，提高加密的作用效果。在加密过程中，可以灵活选用先扰乱像素值再置乱像素值或是先置乱像素值再扰乱像素值的方式，由于这种方法实际上是对图像进行了二次加密，因此其安全性得到了大大的提高，破译者需要逆着加密的步骤才有可能完成破译，使得破译的难度有了显著的增加。同时，我们也可以采取混沌加密与其他加密方式共同加密的方法，综合几种加密方式的优点，使加密的安全性得到提高。
结论
随着信息理论与技术的不断发展，图像加密技术也得到了显著的提高。而混沌加密技术的产生给图像加密领域带来的新的研究方向，也大大的提高了图像加密的效果。我们在运用混沌加密技术的同时，一定要明确认识到当前混沌加密技术中存在的问题，根据实际运用的需要，对其进行研究和改变，使之能够具有更好的加密效果。
参考文献
[1] 乌旭，陈尔东，胡家升.一种基于混沌的图像加密改进方法[J].大连理工大学学报.2004（05）.
[2] 黎娅，徐江峰.基于混沌的图像加密技术进展[J].河南师范大学学报（自然科学版）.2005（03）.
[3] 文志强，李陶深，张增芳.一种新的基于混沌序列的图像加密技术[J]. 计算机工程.2005（10）.