基于AES和混沌序列的医学图像加密算法的研究及系统实现

论文摘要

本文是以Dicom标准定义的医学图像为研究对象,分析对这种类型图像的加密算法,提出了一种基于AES和混沌序列的医学图像加密算法,并且设计和实现了基于该算法的医学图像加密系统。主要的工作包括:（1）通过对Rijndael算法的系统分析,总结了该算法的特性及其局限性:该算法易于实现,性能稳定,密钥灵活性强,安全性高,可以有效抵抗强力攻击、差分和线性密码分析,具有良好的安全性和高运行效率。但是,该算法目前主要用于一维数据流的加密,对图像的加密还存在局限性。（2）利用Logistic映射对初始值和参数的改变具有极端的敏感性,在一定条件下能够产生混沌等特性,构造了一个伪随机数发生器。将Logistic映射生成的实数值混沌序列转换为二进制混沌序列,检验结果表明,该二进制混沌序列是理想的随机序列,可应用于数字图像加密。（3）针对医学数字图像数据量大、冗余度高、像素间相关性强的特点,主要利用AES算法中密钥异或操作实现图像像素值的变换,S-盒变换来完成图像像素的替代,将伪随机数发生器生成的混沌序列来确定图像像素的行列置换的位数,提出了一种基于AES和混沌序列的图像置乱加密算法,较好解决了于对数字图像的加密,并且具有对密钥敏感、密钥空间大、加密后的图像像素扩散性好等特点,可有效地保证加密图像的安全。（4）采用面向对象的分析和设计思想,使用visual studio 2005开发了基于AES算法和混沌序列的医学图像加密系统。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 图像加密技术综述
• 1.2.1 密码学基本概念
• 1.2.2 图像加密的特点
• 1.2.3 图像加密研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本文结构
• 第二章 Rijndael 算法原理分析
• 2.1 Rijndael 算法的数学背景
• 2.1.1 字节运算
• 2.1.2 字运算
• 2.2 Rijndael 算法设计原则分析
• 2.2.1 设计考虑
• 2.2.2 针对实现的设计原则
• 2.2.3 针对安全性的设计原则
• 2.3 Rijndael 算法的详细描述
• 2.3.1 Rijndael 算法结构总述
• 2.3.2 加密过程的轮变换
• 2.3.3 密钥扩展方案
• 2.3.4 解密算法
• 2.4 Rijndael 算法攻击分析
• 2.4.1 攻击的分类
• 2.4.2 强力攻击法
• 2.4.3 差分和线性密码分析
• 2.4.4 Rijndael 算法的安全性
• 2.5 本章小结
• 第三章 伪随机数发生器
• 3.1 伪随机数
• 3.2 混沌系统生成伪随机数序列
• 3.3 二进制混沌伪随机序列
• 3.4 混沌伪随机序列的特性分析
• 3.4.1 Lyapunov 指数估计
• 3.4.2 在混沌区中混沌系统对初值敏感性
• 3.5 混沌伪随机序列的性能检验
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于AES 算法和混沌序列的图像置乱算法
• 4.1 数字图像置乱
• 4.2 基于AES 的图像置乱算法
• 4.3 基于混沌的图像加密技术
• 4.4 基于AES 算法和混沌序列的图像置乱算法描述
• 4.5 加密流程图
• 4.6 解密算法
• 4.7 置乱算法算例
• 4.8 实验结果分析
• 4.9 本章小结
• 第五章 医学图像加密系统的实现
• 5.1 系统的功能目标
• 5.2 原型系统总体功能
• 5.2.1 原型系统总体设计
• 5.2.2 原型系统流程图
• 5.3 原型系统功能分析
• 5.4 原型系统的实现
• 5.4.1 读取文件信息
• 5.4.2 生成二进制混沌随机序列
• 5.4.3 对像数矩阵进行加密
• 5.5 系统运行情况
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢