2011年---外文翻譯--一個基于修改后的logistics映射的圖片加密方案（譯文）

1、<p>　　中文4000字,1756單詞，8160英文字符</p><p>　　出處：Sun Y, Wang G. An image encryption scheme based on modified logistic map[C]//Chaos-Fractals Theories and Applications (IWCFTA), 2011 Fourth International Worksh

2、op on. IEEE, 2011: 179-182.</p><p>　　一個基于修改后的Logistics映射的圖片加密方案</p><p>　　摘要-為了提高混沌加密算法的安全性,在本篇文章中提出了一個修改后的混沌映射。相比于原始的混沌映射,修改后的映射總是能保持混沌狀態(tài)并且使迭代范圍從原來的(0,1)擴展到(0,4λ)(λ> 0.25)。我們設計了一個基于加密方案，提出了映射

3、實現(xiàn)圖像加密。一些仿真結果表明,修改后的Logistics映射與原始Logistics映射相比擁有更大的密鑰空間,更快的生成速率和序列加密速度快。</p><p><b>　　1. 引言</b></p><p>　　近年來,數(shù)字信息已廣泛應用在許多領域。我們有很多的私人多媒體來源和從任何這些來源應該受到保護未經(jīng)授權的操作。</p><p>　　

4、混沌具有非線性動態(tài)特性和對初始條件敏感。由于混沌序列的性質,它廣泛應用于密碼學、控制和通信。離散混沌系統(tǒng)的效率很高,但低安全,因為其密鑰空間小,連續(xù)混沌系統(tǒng)具有更高的安全性,但低效率,因為它的計算很復雜。</p><p>　　本文提出了一種修改后的混度映射，它包含兩個參數(shù),可以把映射的范圍從最初的0-1擴展到0-4（）。擴大混度序列的密鑰空間和提高混沌序列生成的速度很重要。一個基于混沌映射加密算法被設計出來，經(jīng)過

5、分析，顯示出其良好的性能。</p><p><b>　　2. 混沌序列生成</b></p><p>　　最近一維混沌映射因為其很簡單且高效已被廣泛使用在各種加密領域。但是它也有很多缺點，比如密鑰生成范圍小，安全性低。我們在本次設計中就經(jīng)過修改混沌映射來克服這些缺點。</p><p>　　A.一個新修改后的Logistics映射</p>

6、;<p>　　其數(shù)學定義公式如下：</p><p>　　=(1-) μ[0,4] [0,1] ①</p><p>　　其中μ[0,4]被稱為Logistic參數(shù)。當u在3.6到4之間，映射呈現(xiàn)混沌狀態(tài)。當u=4是是一個混沌映射。</p><p>　　分開觀察右邊的Logistics映射到兩個部分,我們發(fā)現(xiàn)第一個參數(shù)確

7、定的映射的屬性和第二個參數(shù)確定迭代的范圍。因此,第一個參數(shù)我們取u=4,第二個參數(shù)我們取u=1/Y.式子為</p><p>　　=4-/, n=1,2,3... ②</p><p>　　是一個常數(shù)， 式子2保證了Logistics映射總是處于混沌狀態(tài)， 并且能讓他的映射范圍取到4。</p><p>　　圖1和圖2分別顯示了修改前

8、和修改后的Logistics映射的分岔圖。在修改前的圖中我們觀察到當u在3.6到4之間，系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)，但是修改后能去到.在這段參數(shù)范圍內都是混沌狀態(tài)。從這兩張圖我們也可以觀察到，映射的迭代范圍達到了4*.</p><p>　　B.混沌序列生成方法</p><p>　　即使經(jīng)過修改后的序列的混沌迭代值范圍擴大了，但在序列生成的時候也有一些缺點。首先,浮點數(shù)的計算比較復雜，需要采取一些優(yōu)化

9、來解決這個問題。第二,當CPU性能比較低，比如說在16位或8位的CPU上，這個序列的范圍不夠大。 所以，我們需要嘗試著得到一個比CPU位數(shù)更大的序列范圍。等16位或8位。所以我們需要努力得到一個更大的范圍。</p><p>　　第一次遞歸公式的結果作為接下來公式的初始值。我們把低8位的每一個結果遞歸放入混沌序列。這樣就使得混沌序列的范圍直接擴大。更多的公式能夠和更大的系統(tǒng)結合起來，生成具有更大循環(huán)范圍的序列。&

10、lt;/p><p><b>　　3. 算法分析</b></p><p>　　有很多歷史和加密方法他們中的一些人至今仍受我們歡迎。加密算法的原則是包含很多復雜的運算來提高安全性。舉例為DES加密和AES加密。但是如果要處理的目標數(shù)據(jù)很大，它將=將會在這些加密算法上花費更多的時間。我們現(xiàn)在以已經(jīng)修改過的婚訊系統(tǒng)為基礎，設計一個具有更好性能的加密算法。</p>

11、<p><b>　　A.算法原則</b></p><p>　　我們知道任何種類的信息可以換算成字節(jié)和任何信息的操作都是通過字節(jié)完成。一個字節(jié)的范圍是[0,255]即256個不同的值。不同的密鑰由不同的字節(jié)表示。所以密鑰應該有256個不同的值。得到密鑰的步驟如下:</p><p>　　1）一個數(shù)組，數(shù)組元素和數(shù)組下標一致，比如數(shù)組為a[256],數(shù)組的元素為

12、</p><p>　　=i,i=0,1,2...255 ③</p><p>　　2)這個數(shù)組是由低字節(jié)數(shù)組組成混沌序列，數(shù)組的長度是256。例如數(shù)組b[0,256],它的元素的值是:</p><p>　　={i|0} ④</p><p>　　3)一個變

13、量k=b[i]需要生成密鑰。用a[k]取代a[i]。過程如圖4所述。</p><p>　　密鑰的取值范圍在[0,255]之間，長度是256。任何元素數(shù)組的鍵值不同于其他鍵值。例如生成的加密密鑰如表1所示:</p><p>　　解密密鑰的是由加密密鑰生成的。如果給出如表1 的加密密鑰，我們可以得到解密密鑰如下表所示:</p><p>　　現(xiàn)在,加密只是取代的每個目標字

14、節(jié)與加密數(shù)據(jù)相應的值。因此,加密密鑰和解密密鑰如下表所示：</p><p>　　設置一個變量能夠控制密鑰頻率的改變。例如,如果變量設置為200,這意味著每200個字節(jié)密鑰改變一次。</p><p>　　4. 在圖像加密中的應用 現(xiàn)在我們使用混沌序列加密圖像。圖6給出了原始圖像及其分級直方圖。圖7給出了經(jīng)混沌序列加密的圖像及其分級直方圖。圖8顯示了經(jīng)修改過后的混沌序列加密的圖像及其分級直

15、方圖。在圖7和圖8之間有一個小小的差別。修改后的所產(chǎn)生的混沌序列由整數(shù)計算而成而Logistics混沌序列由浮點計算來的。前者的密鑰空間遠遠大于后者,前者序列的速度也比后者快。</p><p><b>　　5. 結論</b></p><p>　　一個由較好的圖像混沌加密序列生成的經(jīng)過修改的Logistics映射在本篇文章中被提出來。該映射總是能很好的保持混沌特性，并且

16、擴大了迭代值的范圍，擴展了迭代的值的范圍從原來的(0,1)到(0,4λ)。</p><p>　　圖像加密方案是在該映射的基礎上提出來的。一些仿真結果表明,themodified混沌系統(tǒng)擁有比原始Logistics系統(tǒng)更優(yōu)秀的性能,如更大的密鑰空間,序列生成更快，加密速度更快和安全性更高。因此,提出修改后的Logistics映射的偽隨機性非常好的應用前景比如說用在保密通信和其他需要加密的領域。</p>

17、<p>　　基于ARM嵌入式的混沌加密和AES加密算法的實現(xiàn)</p><p>　　摘要—為了提高私人信息在存儲器上的安全性，一個繼承了混沌加密，密文流和AES加密算法在此論文中被提出來。我們設計并意識到一個基于算法的加密系統(tǒng)，它在ARM（S3C6410）芯片上實現(xiàn)，能對各種存儲設備，比如U盤，SD卡和移動硬盤所存儲的信息進行加密和解密。這個系統(tǒng)應用人機交互技術和可視化技術提供了幾個加密算法和密鑰發(fā)生器

18、。在論文的結尾會展現(xiàn)出一些安全性高的例子。</p><p>　　關鍵字：混沌，密文流，AES，ARM，存儲設備</p><p><b>　　1. 簡介</b></p><p>　　隨著電子設備，電腦，網(wǎng)絡的快速發(fā)展，我們的世界越來越多的依賴于電子設備中存儲的數(shù)據(jù)。在很多方面，存儲數(shù)據(jù)的安全成為我們最大的關注。這些數(shù)據(jù)將會被保護，只要避免一些可能

19、存在的越權儲存。</p><p>　　但是全部這些模型還沒有將原始數(shù)據(jù)加密，一旦HDD進行存取，這些信息將很可能被入侵。</p><p>　　在本篇論文中，我們設計并實現(xiàn)了一個基于ARM（S3C6410）的可以進行加密存儲的加密系統(tǒng)?？梢岳没煦缬成渖梢恍┬阅軆?yōu)秀的偽噪聲序列，并且這個系統(tǒng)提供了兩種加密算法。一種算法是利用流密碼產(chǎn)生的密文流，另一個是AES算法和混沌序列的混合算法。<

20、;/p><p>　　這個加密系統(tǒng)的優(yōu)勢有以下幾個：</p><p>　　1）它比一些純軟件加密或者利用加密芯片加密更安全。</p><p>　　2）它提供了兩種混沌加密系統(tǒng)來產(chǎn)生為噪聲序列和三個對原始數(shù)據(jù)進行加密的算法。</p><p>　　3）混沌映射的參數(shù)可以被用戶使用來確保整個系統(tǒng)的安全。</p><p>　　2.

21、產(chǎn)生混沌密碼流</p><p><b>　　A.產(chǎn)生混沌序列</b></p><p>　　一些密文流能夠由不同的混沌映射產(chǎn)生。我們使用一個混沌轉換作為一個例子來展示它怎么樣生成一些密碼。一下就是混沌轉換的例子。</p><p>　　當x>=0,S(x)=1, 當x<0，S(x)=0令參數(shù)a=35,b=3,c=20,d=5,k=5，式

22、子1的系統(tǒng)是混沌的，并且4個李雅普諾夫指數(shù)為1.4725,0，-0.0396，-22.4606.如下圖為混沌吸引子的坐標圖。</p><p>　　現(xiàn)在，我們來討論一下式子1用數(shù)字實現(xiàn)系統(tǒng)。首先，連續(xù)系統(tǒng)由下面的變換轉換成為離散系統(tǒng)。</p><p>　　當i=1,2,3.讓=，，，式子1轉化為</p><p>　　離散系統(tǒng)的式子4具有和1相同的動態(tài)特征曲線，當T足夠

23、小的時候，這里我們取t為0.001。在數(shù)字系統(tǒng)中，每一個方程式中的每一個變量，均可寫成二的指數(shù)的形式相加，比如說xn。</p><p>　　B.隨機序列的特性試驗</p><p>　　為了證明式子1的混沌序列的特性，我們使用了NIST來測試。NIST是世界上最具權威性的測試隨機序列的機構。式子1的測試報告如表1所示。</p><p>　　由表我們可知轉換后的混沌序列

24、具有很好的性能。</p><p><b>　　3. 加密算法實現(xiàn)</b></p><p>　　我們知道，數(shù)據(jù)加密的有效性十分重要，，所以我們需要一個高運算速度的處理器。在本文中，CPU的配置為667Mhz/128Mbyte ，硬件模塊處理如下圖3.</p><p>　　在加密系統(tǒng)中，軟件是基于Qt界面和主要要做的工作就是基于Qt，嵌入式做出一款

25、軟件設計。軟件設計如下圖4所示。圖5為具體的設計流程圖，這款軟件有登錄個GUI界面顯示的功能，如圖6,7。</p><p><b>　　B.存儲數(shù)據(jù)的轉換</b></p><p>　　有各種存儲器并且不同的存儲器有不同的接口，在本篇文章中，用來加密的存儲器有USB和SD卡和SPI傳輸協(xié)議。它們都包含在linux系統(tǒng)下，我們只需要將相關的模型嵌入開源系統(tǒng)中。</p

26、><p><b>　　C.加密算法分析</b></p><p>　　雜這個系統(tǒng)中惡魔提供了三種不同的加密算法，分別為基于混沌序列實現(xiàn)的密文流，兩種基于混沌序列的AES算法。</p><p>　　1）密文流：這種算法由混沌序列和純文本經(jīng)過位運算得到。在這個系統(tǒng)中，每一次加密操作都會改變混沌序列的值。圖8為密文流實現(xiàn)的過程。</p>&l

27、t;p>　　2）aes算法的兩個主要操作是合成和更換。有幾種不同的方法來完成這項操作和基本計算是:替換字節(jié),轉移行、列和混合添加圓鍵。圖9給出一個示例的AES算法的密鑰是128位。本文提出了兩種基于AES加密算法。</p><p>　　a）利用混沌序列作為AES的值：在這個算法中我們只需要用混沌序列替換掉AES的原始數(shù)據(jù)不改變其他。和序列變化一次對每128位的明文加密。我們都知道， 加密系統(tǒng)的安全性依賴于這

28、個密鑰的性能。用這種方法實現(xiàn)，加密系統(tǒng)的安全性會比原始的AES加密系統(tǒng)要好。</p><p>　　b）用混沌序列作為AES擴展的值：這種方法值之間的相關性會減少，并且AES加密系統(tǒng)的安全性會提高。</p><p>　　4. 應用程序在文本加密</p><p>　　為了呈現(xiàn)出這個加密系統(tǒng)的性能，我們用這個系統(tǒng)給文本信息進行加密。我們在這次試驗中使用的混沌序列為 式子1

29、 產(chǎn)生的混沌序列。著三個不同的加密算法具有相同的初始條件The condition is </p><p>　　that a=35, b=3, c=20, d=5, k=5 and x=1.0, y=1.0, z=1.0, </p><p>　　u=1.0.10,11,12分別展示了密文流，以混沌序列作為AES鍵值和以混沌序列作為AES擴展鍵值的效加密果。</p><p

30、>　　5. 系統(tǒng)的性能分析</p><p><b>　　A.加密速度</b></p><p>　　這個實驗用來測試加密速度。加密目標文件是PDF文件，大小為7.1M。數(shù)據(jù)詳見下表。</p><p>　　B.加密系統(tǒng)的安全性</p><p>　　1）在ARM上用獨立的加密器件來代替PC上設計的軟件。</p>

31、;<p>　　2）設計一個GUI登陸界面用來預防未經(jīng)授權的用戶入侵。</p><p>　　3）幾個不同的混沌映射和加密算法用來提高系統(tǒng)的安全性。</p><p>　　4）參數(shù)可以由用戶自行設置，這就意味著密鑰只由用戶本人知道。</p><p><b>　　6. 結論</b></p><p>　　一個經(jīng)過優(yōu)化

32、的混沌映射在本文被提出來，為了得到更好的混沌序列在以上的加密算法中。一個加密系統(tǒng)在ＡＲＭ開發(fā)板上被設計出來并且實現(xiàn)了，該系統(tǒng)能夠針對不同的存儲器進行加密和解密，比如說Ｕ盤，ＳＤ卡和硬盤。為了提高私人信息在存儲器上的安全性，三種不同的加密算法都被設計用來提高系統(tǒng)的安全性，分別有基于混沌序列的流密碼，和兩種基于混沌序列的ＡＥＳ加密算法。一些數(shù)據(jù)被用來展現(xiàn)加密系統(tǒng)的結果，通過這些數(shù)據(jù)，我們可以了解到三種加密算法全部用上會有很好的一個加密效果。