基于三重混沌密钥融合与双极模糊扩散的图像加密框架

《Scientific Reports》：Image encryption algorithm integrating multi-chaotic key fusion and bipolar fuzzy diffusion

　　数字通信和基于云的多媒体应用的快速发展，显著增加了对安全图像加密技术的需求，这些技术需要能够保护视觉信息免受未经授权的访问和恶意攻击。本研究提出了一种基于三重混沌密钥融合和双极模糊扩散的新型图像加密框架。该加密方案整合了三种非线性混沌系统，即Logistic映射、Chebyshev映射和Circle映射，以生成高度随机的伪随机序列用于密钥构建。通过模运算将生成的混沌序列进行融合，以扩大密钥空间并增强不可预测性。此外，引入双极模糊集机制构建额外的扩散层，以增强加密复杂度并提高对统计攻击和差分攻击的抵抗能力。所提出的密码系统采用置换-扩散架构，其中混沌置换破坏像素相关性，而多级异或扩散和双极模糊变换提供强大的混淆和扩散特性。实验评估使用基准灰度图像进行，包括花卉图像和树叶图像。加密图像的熵值分别达到7.999834和7.999990，非常接近理论最大熵值8。原始未编码图像中相邻像素的相关系数约为0.998，而编码图像中相邻像素的相关系数接近于零；因此，通过该加密过程，相邻像素有效地实现了去相关。直方图、熵、相关性、NPCR和UACI分析结果证实了所提出方法的良好安全性能。解密图像能够准确恢复原始图像，几乎没有或没有失真，支持了该方案可逆性和可靠性的主张。结果表明，我们提出的三重混沌双极模糊图像加密框架具有非常高的安全性、极强的随机性，以及使用密码分析方法时对抗统计攻击和差分攻击的极强抵抗力。