用于基于混沌的安全彩色图像加密的可逆跨通道耦合与动态扩散

《Scientific Reports》：Reversible cross-channel coupling and dynamic diffusion for secure chaos-based color image encryption

　　

摘要

多媒体通信和基于云平台的图像传输的快速增长增加了对安全且计算高效图像加密技术的需求。然而，许多现有的基于混沌的图像加密方案依赖于部分自适应密钥生成、有限的通道间交互和全局均匀扩散机制，这些缺陷可能降低其对统计分析、差分攻击和选择明文攻击的抵抗能力。为了解决这些局限性，本文提出了一种集成化的基于混沌的彩色图像加密框架，即"可逆跨通道耦合与动态扩散"（RC3D），该框架在统一的加密架构中结合了基于SHA-256的明文依赖密钥生成、分段线性混沌映射（PWLCM）驱动的置换、可逆跨通道耦合以及自适应分块扩散。与独立处理RGB通道或采用固定扩散策略的传统方法不同，所提出的框架在保持精确可逆性的同时增强了通道间依赖性，并通过自适应扩散增强了局部随机性，而不增加计算复杂度。实验结果表明，所提出的框架实现了超过7.999的信息熵、低于0.01的绝对相关系数、高于99.6%的NPCR值和超过33.4%的UACI值，表明其对统计和差分密码分析具有出色的抵抗能力。此外，加密图像表现出均匀的直方图分布、高密钥敏感性和高效的计算性能，证明了所提出的RC3D框架为安全的实时多媒体通信提供了实用且有效的解决方案。