摘要
如今，数据传输的安全性尤为重要，图像是加密领域中最具吸引力的数据类型。其中彩色图像由于提供了更多地信息，因此比灰度图像更具吸引力。本文在总结了该领域的50多项研究之外，将彩色图像加密分为了10种方案，并对提出的方案进行了比较，指出了它们的优点和局限。而且，讨论了（灰色或彩色）图像加密的常见安全分析技术，这些技术能够评估加密方法对各种可能攻击的潜在抵抗力。
引言
各种通信网络上的数据传输导致了多媒体数据安全的敏感性。以前，文本加密是通过RSA，数据加密标准（DES），高级加密标准（AES）和国际数据加密算法（IDEA）等方法进行的。但是图像加密和文本加密不同，像高冗余性或数据庞大等一些固有特性仅在图像中存在，另外，文本加密方法在图像数据的扩散和变换方面缺乏足够的速度和能力。承载着海量信息的数字图像在图像中占有很大比重。总体而言，有两种主要方法用于保护数字图像：信息隐藏（包括水印，匿名性，隐写术和覆盖通道）以及加密（包括常规加密和其他方法例如混沌加密）。
迄今为止，在彩色图像加密领域已经完成了许多研究。彩色图像加密算法根据域的不同可分为空间域和变换域两类。空间域的加密算法主要是基于对图像像素或块的置乱；而变换域的加密算法主要是对变换系数进行置乱或加密。在对彩色图像进行加密时，考虑了包括红色、绿色和蓝色通道在内的三个彩色通道，这些通道是大多数彩色图像加密算法中独立计算的。
基于混沌系统的彩色图像加密
混沌系统有着许多优秀的固有特性，包括遍历性、非周期性、对初始条件和控制参数的高灵敏度，以及伪随机行为。因此，基于混沌系统的图像加密算法得到了广泛研究，典型的混沌映射加密可分为置换和扩散两个阶段。一些算法的置换操作仅仅改变像素的位置;然而，混沌系统产生的混沌序列独立于明文和扩散过程。因此，密文可以很容易地被选择明文或选择密文攻击破译，扩散运算可以极大地提高密文图像对统计和差分攻击的抵抗能力，其中密文图像的直方图比较均匀，与明文图像的直方图有很大的不同。为了得到一个好的扩散过程，我们必须使用一个与明文图像密切相关的密钥流。当加密不同的明文图像时，加密算法可以实现完全不同的混沌序列。扩散过程介绍如下：
- 步骤1：利用混沌序列获取密钥流。
- 步骤2：加密图像矩阵的像素值。
- 步骤3：重复步骤2，直到达到密文图像。
用于图像加密的传统混沌系统有Lorenz map,Baker map,Arnold’s cat map,Hénon map,Logistic map ， Chee-Lee system，Hyper-chaotic system，Quantum Logistic map,Multiple coupled map lattices,Tent and sine map等。
一种基于混沌的图像加密方法
具体内容见：【An image encryption apporach based on chaotic】
使用基于混沌理论和SHA-2的异或与DNA互补规则的彩色图像加密技术
为了修改混沌系统的初始条件和控制参数，本研究使用SHA-256哈希函数。将彩色图像的三个通道排列成一维矢量，并根据分段线性混沌映射产生的混沌序列进行排序。然后这个排列阵列被分成三个部分，每个部分代表一个颜色通道，并再次使用洛伦兹的混沌系统独立排列。该算法的新颖之处在于，通道的每个像素都被DNA互补规则的异或操作所取代。多重DNA规则被用来在一个序列中重复这个操作到一些随机的次数。这个操作迭代循环进行。这种循环操作开始的DNA选择规则和操作的延续依赖于Chen的混沌序列。大量的模拟实验结果表明，该算法仅在一次加密中就获得了良好的加密效果。
一种基于两个复杂混沌系统的混合彩色图像加密算法
该加密算法包括三个步骤。
- 在置换过程中，对明文图像像素分别进行二维和一维置换RGB通道。
- 另外，在扩散过程中，利用异或运算来隐藏像素的信息。
- 最后，利用混合RGB信道实现了多级加密。
基于安全性分析和实验仿真，该算法能够抵抗蛮力攻击，并具有良好的加密性能。
【A novel hybrid color image encryption algorithm using two complex chaotic systems】
一种基于遗传重组和四维记忆超混沌系统的彩色图像加密算法
【A novel color image encryption algorithm based on genetic recombination and the four-dimensional memristive hyperchaotic system】
使用进化方法的彩色图像加密
基于频域的彩色图像加密
利用离散余弦变换域的Arnold变换和颜色混合运算对彩色图像进行加密
利用Arnold变换和离散余弦变换(DCT)设计了一种彩色图像加密算法。彩色图像的RGB分量在像素序列方面采用Arnold变换进行置乱处理。在一个由随机角定义的矩阵控制下，对打乱后的RGB分量进行交换和随机混合。采用DCT对彩色图像的像素值进行改变。在该加密方案中，上述操作连续执行两次。阿诺德变换参数和随机角度是彩色图像加密方法的密钥。
光学彩色图像加密
利用相位截断菲涅耳变换和随机振幅掩模进行不披露信息的光学彩色图像加密
【Optical color image encryption without information disclosure usingphase-truncated Fresnel transform and a random amplitude mask】
彩色图像加密利用hartley变换域旋转彩色向量
提出了一种基于离散哈特利变换旋转颜色向量加密彩色图像的算法，将彩色图像中的三个分量图像(红、绿、蓝)作为笛卡尔坐标的坐标轴。在图像加密过程中，引入了两种随机角度移位来旋转离散哈特利变换域内由三个颜色分量组成的颜色向量。两个角度对应的旋转位移可以作为方案的密钥。加密后的图像采用实数编码，一些数值模拟已经证明了所提方案的可行性。
【Color image encryption by using the rotation of color vector in Hartley transform domains】
利用置乱变换对彩色图像进行加密
一种基于记忆性超混沌系统、细胞自动机和DNA序列运算的图像加密算法
【An image encryption algorithm based on the memristive hyperchaotic system, cellular automata and DNA sequence operations】
彩色图像加密使用排列
基于哈希的彩色图像加密
基于DNA的彩色图像加密
使用基于NCA映射的CML和一次性密钥的彩色图像DNA加密
【Color image DNA encryption using NCA map-based CML and one-time keys】
