A secure image encryption scheme using a 2D chaotic map integrated with sequential permutation and nucleotide-level diffusion

Ali, Wajid

doi:10.1016/j.csi.2026.104193

A secure image encryption scheme using a 2D chaotic map integrated with sequential permutation and nucleotide-level diffusion

2026-08-01

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DOI：10.1016/j.csi.2026.104193

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安全可靠图像传输对于保护机密视觉数据日益重要。然而，现有图像加密技术在安全性、计算复杂度及抗各类攻击的鲁棒性之间难以有效平衡。为解决这些局限性，我们提出了一种新型图像加密方案，首先采用安全哈希算法（SHA-256）生成240位主密钥，并利用二维无限坍缩映射（2D-ICM）根据主密钥导出的子密钥生成混沌序列，用于两轮置乱。随后，将置乱后的像素编码为脱氧核糖核酸（DNA）序列并分组为多个集合，每组包含四条序列，通过独特的DNA级扩散过程在核苷酸层面实现有效扩散。为保障强安全性，通过扩散处理后的序列与混沌掩膜图像之间的异或操作生成密文图像。该方案在公开数据集（包括胸部X光片、指纹、USC-SIPI数据库及标准测试图像）上进行了评估。所提方案平均熵值为7.997，NPCR约为99.60%，UACI接近理论值33.46%，同时保持低相关性系数和改进的直方图均匀性。此外，噪声和裁剪攻击下的鲁棒性评估表明，在传输干扰下可实现可靠的图像恢复。结果表明，所提方法为安全灰度图像加密提供了有效且高效的解决方案。

Keyword:

Double round permutation

2D chaotic system

Nucleotide level

Key generation

Image encryption

Experimental analysis

Security performance

A secure image encryption scheme using a 2D chaotic map integrated with sequential permutation and nucleotide-level diffusion

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