基于混沌理论的图像加密技术研究

论文摘要

随着计算机和网络通信技术的不断发展和迅速普及，信息安全问题越来越影响我们的生活。而图像是一种极为重要的传输媒体，对图像进行有效地加密也越来越受到人们的重视。由于图像自身的特点，传统的加密算法都不太适用于图像，而混沌系统由于具有初值敏感性、遍历性、类随机等特性，使其天生适于保密通信，因此将混沌系统应用于图像加密技术，引起了人们的广泛关注。首先，在分析了一维Logistic映射的基础上，从方便性、安全性和实用性的角度出发，提出了一种基于一维混沌映射的图像加密算法。该算法利用一维混沌映射生成的伪随机序列来对图像进行加密，并引入了混淆和扩散思想。本算法主要利用了一维混沌映射形式简单的特点，使算法结构简明且加解密速度快。其次，针对一维混沌系统在加密中的缺陷和不足，对算法进行了改进，设计了一种基于组合混沌序列的图像加密算法。算法首先介绍了组合混沌序列的生成和选取方法，接着介绍了置乱和替代加密算法。图像置乱采用两种不同的位置置乱序列对像素位置进行扰乱，根据设定的判决条件选用不同的置乱顺序。替代加密操作采用对图像像素值进行分组加密和二次加密来实现。实验仿真结果表明算法能抵抗各种攻击。最后，提出了一种基于双混沌系统的彩色图像加密算法。算法先对图像像素位置进行置乱，再对图像的像素值进行替代加密。在像素值替代加密过程中，先由文中的密钥序列生成算法生成伪随机混沌密钥序列，并在加密算法中应用了密文反馈算法，把明文扩散到整个密文中去。实验结果表明运用本算法来加密图像可以达到很好的加密效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文组织结构
• 第2章 混沌理论研究及图像加密技术
• 2.1 混沌理论的诞生及发展
• 2.2 混沌的定义及基本特征
• 2.2.1 Li-Yorke 的混沌定义
• 2.2.2 Lyapunov 指数
• 2.2.3 奇异吸引子
• 2.2.4 系统混沌运动的判别
• 2.3 几个典型的混沌系统分析
• 2.3.1 Logistic 映射
• 2.3.2 Chen 系统
• 2.3.3 Henon 映射
• 2.4 数字图像加密技术
• 2.4.1 基于现代密码体制的图像加密技术
• 2.4.2 基于置乱算法的图像加密技术
• 2.4.3 基于压缩编码的图像加密技术
• 2.4.4 基于混沌理论的图像加密技术
• 2.5 混沌加密的历史发展
• 2.6 混沌在图像加密中的前景
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于一维混沌系统的图像加密算法
• 3.1 引言
• 3.2 扩散加密思想
• 3.3 加密算法设计
• 3.3.1 图像像素位置置乱加密算法设计
• 3.3.2 图像像素值的替代加密算法设计
• 3.4 仿真结果及安全性分析
• 3.4.1 统计分析
• 3.4.2 密钥空间分析
• 3.4.3 密钥敏感性测试
• 3.5 算法存在的缺陷
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于组合混沌序列的图像加密算法
• 4.1 引言
• 4.2 低维混沌系统加密的缺陷和不足
• 4.3 组合混沌密钥序列的生成原理
• 4.4 图像加密算法设计
• 4.4.1 图像置乱算法
• 4.4.2 图像加密算法
• 4.5 试验结果及安全性分析
• 4.5.1 加密效果测试
• 4.5.2 统计分析
• 4.5.3 密钥空间分析
• 4.5.4 密钥敏感性测试
• 4.5.5 NPCR 和 UACI 定量测试
• 4.6 本章小结
• 第5章 基于双混沌系统的彩色图像加密算法
• 5.1 引言
• 5.2 真彩图像
• 5.3 Lorenz 混沌系统介绍
• 5.3.1 Lorenz 混沌系统起源
• 5.3.2 Lorenz 方程式
• 5.4 密钥方案设计
• 5.4.1 用于置乱的 Logistic 映射初值生成方法
• 5.4.2 用于密钥序列的 Logistic 映射初值生成方法
• 5.4.3 Lorenz 系统初值生成方法
• 5.5 图像像素位置置乱算法设计
• 5.6 图像像素值加密算法设计
• 5.6.1 密钥序列的产生原理
• 5.6.2 替代加密算法
• 5.6.3 解密过程
• 5.7 算法测试结果
• 5.7.1 统计分析
• 5.7.2 密钥空间分析
• 5.7.3 密钥敏感性测试
• 5.7.4 NPCR 和 UACI 定量测试
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献