基于混沌密码学的JPEG2000数字图像加密算法研究

论文摘要

近年来,伴随网络通信技术的飞速发展,多媒体信息作为一种重要的信息载体,在网络上的传输交换变得越来越频繁。然而随着互联网安全性问题的凸显,多媒体信息尤其是被广泛使用的图片信息的安全与保密也显得越来越重要。JPEG和JPEG2000是目前被普遍运用的两个重要的图像压缩标准,而基于离散小波变换的JPEG2000显然更加有优势,势必将逐渐替代JPEG成为图像压缩的主流标准。因此,基于JPEG2000的数字图像加密研究显得格外的有必要。本文就是在此背景下利用混沌密码学的优越性能,展开了基于混沌密码学的JPEG2000的数字图像加密研究。本文首先介绍了密码学、数字图像加密、混沌理论的基础知识和相关理论。并着重分析了JPEG2000第一部分——JPEG2000核心编解码过程。在此基础上寻求混沌密码学与JPEG2000压缩编码的结合,研究出一种基于混沌的JPEG2000图像加密算法。本文首先设计出一个性能优异的基于混沌系统的矩阵置乱算法,再主要针对JPEG2000的核心小波变换,对图像小波变换后的小波系数矩阵进行置乱加密。由于图像小波变换后的重要信息多集中在小波系数的低频系数部分,所以只选择了小波系数的低频分量进行加密。算法巧妙的避免了以往基于JPEG2000图像加密的一些缺点,很好的将加密、解密与图像的编码、解码相结合,使得JPEG2000系统得到了进一步完善。最后,实验验证并分析了算法的可行性和优越性,实验证明该算法复杂度高,保密性好,加密效率高,而又未明显降低图像的压缩率,具有很好的加密特性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的选题背景和研究现状
• 1.2 课题研究的主要内容
• 1.3 本论文结构安排
• 2 密码学及数字图像加密技术
• 2.1 密码学简介
• 2.1.1 密码学发展
• 2.1.2 密码学技术
• 2.2 数字图像特点及加密技术
• 2.2.1 数字图像的特点
• 2.2.2 数字图像的加密技术
• 2.3 本章小结
• 3 混沌理论简介
• 3.1 混沌的起源与应用前景
• 3.1.1 混沌的起源
• 3.1.2 混沌的应用前景
• 3.2 混沌的定义
• 3.2.1 Li-Yorke 的混沌定义
• 3.2.2 Melnikov 的混沌定义
• 3.2.3 Devaney 的混沌定义
• 3.3 混沌运动的特征
• 3.4 混沌研究的判据和标准
• 3.4.1 Poincare 截面法
• 3.4.2 功率谱法
• 3.4.3 Lyapunov 指数
• 3.4.4 分维数分析法
• 3.4.5 Kolmogorov 熵
• 3.5 常用的混沌动力系统
• 3.5.1 离散混沌系统模型
• 3.5.2 连续混沌系统模型
• 3.6 混沌系统用于图像加密的优越性
• 3.7 本章小结
• 4 JPEG2000 标准概述
• 4.1 引言
• 4.2 JPEG2000 简介
• 4.3 JPEG2000 核心编解码过程
• 4.3.1 图像的小波分解
• 4.3.2 位平面编码
• 4.3.3 率失真优化与码率控制
• 4.4 JPEG2000 的重要特性
• 4.4.1 码流的可伸缩性
• 4.4.2 JPEG2000 的其他特性
• 4.5 JPEG2000 与JPEG 的比较
• 4.6 本章小结
• 5 混沌密码学与JPEG2000 数字图像加密的结合
• 5.1 引言
• 5.2 小波变换
• 5.2.1 连续小波变换
• 5.2.2 离散小波变换
• 5.2.3 二维小波变换
• 5.3 一种基于混沌的矩阵置乱加密算法
• 5.3.1 置乱算法的描述
• 5.3.2 置乱算法实验结果及算法性能分析
• 5.3.3 基于混沌的矩阵置乱算法的总结
• 5.4 基于混沌的JPEG2000 压缩域的加密
• 5.4.1 加密算法的设计
• 5.4.2 加密算法的实验结果及其分析
• 5.5 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录