一、数字图像加密算法综述
- 前言
数字图像较传统的文字信息更形象更具表现力，一直以来是人类传递信息最重要的多媒体形式之一。图像加密在互联网通信，多媒体系统，医学成像，远程医疗，军事通信等领域都有应用。伴随着数字图像在各行各业的大量使用，图像保密性的问题逐渐凸显。在部分较特殊的领域，尤其是军事、医学领域，其运用的图像对于保密性有着较高的要求，不可轻易泄露。Internet高速发展之下，通过各种途径发送的图像信息随时可能被不法分子截获并利用，网络上的图像信息传输安全性也面临着前所未有的挑战。信息安全在数据存储和传输中变得越来越重要，图像加密技术应运而生。
图像加密技术在实际操作中，一般先将二维图像转换成一维数据。图像加密技术尝试转换原始图像到另一个难以理解的图像，并在其他方面保持图像在用户之间保密。换句话说，它的关键在于没有解密密钥，任何人都无法做到理解内容。[11]这项学科也与数学和密码学有着密不可分的关系。
- 国内外研究现状
对于数字图像加密的研究始于计算机的高速发展和各领域对数字图像逐渐增长保密需求。图像加密既属于数字图像处理的范畴，也属于图像通信学科，同时又属于信息安全领域，是密码学的新领域。[4]至今，图像加密界的学者已经提出了许多基于各种学科领域、各种理论的图像加密方法。
目前，图像加密算法主要分以下几个研究分向：（1）基于像素置乱/矩阵变换的加密；（2）基于混沌的加密；（3）基于频域的加密；（4）基于秘密共享的加密；（5）基于人工神经网络的加密；（6）基于量子信息论的加密；（7）基于DNA编码的加密。
- 基于像素置乱/矩阵变换的加密
该加密方式的原理为置乱变换打乱明文图像的像素位置和规律，把图像变为无法识别的密文图像。但是考虑到加密算法的可恢复性，所有基于像素置乱的加密都是像素一对一置换。置乱有Anold变换、Lucas动态置乱、Baker映射等许多方法。
目前的基于像素置乱的加密算法大多不改变像素的值，破解者有可能在与明文图像的比较中发现规律。并且在置乱变换若干次后置乱图像会回归初始状态，展现出明文图像，在现代计算机的计算能力下完成这些计算是非常快的，这使得基于像素置乱的加密在面对暴力破解时显得非常无力。这些原因都使得基于像素置乱的加密安全性不高。因此，加密算法一般不能只依靠像素置乱。
目前，无论国内还是国外，基于像素置乱的加密算法通常都与其他加密算法结合在一起，如混沌加密算法和基于变换域的加密算法。
- 基于混沌的加密
混沌现象是发生在确定性系统中的类随机不规则运动。混沌序列具有容易生成，对初始条件敏感，以及具有白噪声的统计特性等特点，混沌序列的离散映射也具有与其相似的特性。[1]这些特性使得混沌现象延伸出的一些算法非常适合运用于加密技术。
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