Mapa hipercaótico cúbico aprimorado por acoplamento bidimensional com parâmetros exponenciais: construção, análise e aplicação em criptografia de múltiplas imagens cientes da significância hierárquica

À medida que as imagens digitais se proliferam em redes abertas, a segurança contra acesso não autorizado tornou-se imperativa. No entanto, muitos algoritmos recentes de criptografia de imagens são limitados por dinâmicas caóticas fracas e design criptográfico inadequado. Para superar essas limitações, propomos um novo mapa hipercaótico cúbico aprimorado por acoplamento 2D com parâmetros exponenciais (2D-CCHM-EP). Ao incorporar termos exponenciais e fortalecer a interdependência entre as variáveis de estado, o 2D-CCHM-EP exibe uma expansividade local estrita, suprime efetivamente janelas periódicas e alcança um comportamento hipercaótico robusto, validado tanto teoricamente quanto numericamente. Ele supera vários mapas caóticos recentes em métricas chave, resultando em expoentes de Lyapunov significativamente mais altos e entropia de Kolmogorov-Sinai, além de passar todos os testes de aleatoriedade do NIST SP 800-22. Aproveitando o 2D-CCHM-EP, desenvolvemos ainda um algoritmo de criptografia de múltiplas imagens cientes da significância hierárquica (MIEA-CPHS). O núcleo do MIEA-CPHS é uma estratégia de criptografia ciente da significância hierárquica que decompõe as imagens de entrada em camadas de alta, média e baixa significância, que passam por três, duas e uma rodada de operações adaptativas de criptografia em nível de vetor. Um hash baseado em SHA-384 dos dados fundidos gera dinamicamente um parâmetro de controle adaptativo de 48 bits, aumentando a sensibilidade do texto claro e permitindo a verificação de integridade. Análises de segurança abrangentes confirmam o desempenho excepcional do MIEA-CPHS: correlação entre pixels quase zero (7,999) e sensibilidade ao texto claro superior (NPCR ≈99,61%, UACI ≈33,46%). Notavelmente, o design hierárquico e as operações vetorizadas alcançam uma taxa média de criptografia de 87,6152 Mbps, estabelecendo um equilíbrio excepcional entre alta segurança e eficiência computacional. Isso torna o MIEA-CPHS altamente adequado para aplicações modernas de alto rendimento, como armazenamento em nuvem seguro e transmissão de mídia em tempo real.