12.3.2  图像混沌加密算法的分类

通常的数字图像信息保护技术有两种：数字水印和图像加密。数字水印技术主要是在图像信息中加入水印信息，为数字图像提供版权保护，实现对数字图像的知识产权保护。图像加密技术则对数字图像进行位置置乱和灰度变换，隐藏图像中包含的有用信息，为数字图像提供基于内容的保护技术，实现对图像信息的隐藏保护。密码技术是保护图像信息安全最经济有效的方法。但数字图像的某些特性，如信息量大、相邻像素间的相关性强、与文本数据相比敏感性差等致使直接采用针对文本的加密算法来保护图像信息并不合适。传统的IDEA、AES、DES、RSA等不适合实时图像加密，因为这些加密方案耗费大量的计算时间。对于实时图像加密，只有那些耗时短，又不危及安全性的加密算法才是理想的。

目前，数字图像的混沌加密方案正朝着3个方向发展。首先是基于图像像素位置变换的数字图像置乱加密方法。数字图像置乱方案由来已久，目前已有的数字图像置乱方法有：基于Arnold变换、幻方变换、Gray码与广义Gray码变换的置乱方法；基于分形几何IFS模型的置乱方法；基于Hilbert曲线、FASS 曲线及基于Tangram算法、Conway游戏的置乱方法等，其中尤以Arnold变换的研究较多。Arnold变换是周期性图像置乱算法的代表，但目前这些算法已经不能满足人们的实际需求，研究人员正在探索更加安全、更加有效的图像置乱加密方案。

尽管单纯的图像置乱方案的安全性不高，但关于有效图像置乱方案的研究仍有意义。这是因为图像置乱可以达到两个目的：第1个目的是加密处理，就像不知道加密密钥对加密过的信息进行解密一样，如果不知道置乱所采用的算法，同样难以恢复原始图像的信息；第2个目的是图像被置乱后是一个无法读取的杂乱信息，可被抽象成一些随机的信息，没有任何明显可统计的特征，如形状、纹理色彩等，在隐藏到另一幅图像中时不会出现容易识别的形状或交叠现象，因而可做到不可察觉。因此，先对图像进行置乱预处理，再进行其他加密操作，如灰度变换加密或图像融合加密等，可以得到较为理想的效果。事实上，目前这方面的研究成果远远多于单纯的置乱研究，但不足在于多次处理有可能会导致效率降低，设计加密方案时应当注意权衡。

其次是数字图像像素灰度变换加密方法。数字图像像素灰度变换加密方案比单纯的像素位置置乱更有意义，因为它改变了像素序列的实际内容。但采用这种思路设计加密方法时需要格外注意算法的效率问题。当然，先进行图像置乱再进行像素灰度变换的算法似乎更受研究者的青睐，这方面的成果非常多。

最后是数字图像混沌隐藏加密方法。图像隐藏是利用图像融合技术对图像进行灰度插值，从而将密图隐藏于模板图像中的技术。将混沌引入图像隐藏技术的最常见方法是用混沌序列来替代融合公式中的隐藏参数，并通过变参数机制来提高安全性。