Duple Color Image Encryption System Based on 3-D Nonequilateral Arnold Transform for IIoT

争先恐后 加密 密文 像素 彩色图像 图像(数学) 算法 密码学 计算机科学 人工智能 理论计算机科学 数学 算术 图像处理 计算机安全
作者
Huiqing Huang,Zhanchuan Cai
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:19 (7): 8285-8294 被引量:14
标识
DOI:10.1109/tii.2022.3217482
摘要

In the era of Industrial Internet of Things (IIoT), huge amounts of data are generated, which contains sensitive information. Therefore, how to protect data security is an important challenge in the development of IIoT. To this end, we propose a duple color image encryption method for IIoT. Different from the traditional algorithm that encrypts one plain image into one ciphertext image, our algorithm encrypts two color images into one color ciphertext image which can cause great confusion to the attacker who illegally breaks the ciphertext image. First, the proposed algorithm converts two color images with $N\times M$ into a 3-D bit-level matrix with $N\times M\times 48$ . Next, 3-D nonequilateral Arnold transform (3D-NEAT) is applied to permutate the positions of the elements of the resulted 3-D bit-level matrix. Then, the permutated 3-D bit-level matrix is transformed into three 2-D pixel-level images and then diffused by the random diffusion sequences that 3-D Lorenz system (3D-LS) generates. Finally, the scrambling matrices generated by 3D-LS are used to scramble three diffused 2-D pixel-level images, and the output is considered as three color components of the encrypted image. The numerical experiments and security analyses show that the proposed image encryption scheme has strong resistance to several known attacks, and yields near-zero correlation and near-eight entropy for the RGB cipher image, and its performance is better than some of the recently proposed image encryption algorithms.
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