基于三维整数拟仿射变换和四维混沌系统的图像加密

论文摘要

计算机网络的快速发展和多媒体技术的广泛应用使越来越多的数字图像通过各种媒介传输.由于数字图像数据所具有的大数据量特点,传统的加密方法如DES、AES和RSA并不完全适合直接对图像加密.近年来,基于混沌理论的数字图像加密方案引起了学者的重视并得到广泛研究.混沌系统对初始值和系统参数非常敏感,其产生的混沌序列具有遍历性、内在随机性、可精确再生和难以预测等特征.这些特性和密码学的很多要求相吻合,使得混沌在数字图像加密和保密通讯中具有实际的应用价值,可以借助混沌系统设计出容易控制和具有高安全性的图像加密系统.本文基于三维整数拟仿射变换和四维混沌系统对图像加密.首先把二维有限整数域上的拟仿射变换推广到三维上,重点研究三维有限整数域上的拟仿射变换的性质及构造方法,用这种新方法来置乱图像的像素位置(如果需要的话,灰度值也可以改变),并用混沌映射来生成变换的参数,从而增强了统计和差分攻击的抵抗力.其次利用一种四维混沌映射产生混沌二值序列,在此基础上,针对能体现混沌序列的几个重要特性进行分析、实验,得出此改进后的混沌序列具有较好的自/互相关特性、初值敏感性、频数检验和序列检验的特性.最后把本文方法产生的三维整数拟仿射变换和混沌伪随机二值序列用于图像加密,再将加密图像与目标图像进行线性融合得到最终的图像.仿真及分析结果表明,该算法密钥空间大,具有较强的隐藏效果和较好的统计特性,较强的抗干扰能力和较高的执行效率,加密效果对密钥敏感,是一种安全性高且加密速度快的新算法.

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本文的研究背景和意义
• 1.1.1 数字图像安全
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数字图像加密研究现状
• 1.2.2 混沌理论的发展
• 1.3 本文的工作与组织结构
• 第二章 混沌动力系统
• 2.1 混沌的定义
• 2.1.1 Li-Yorke 的混沌定义
• 2.1.2 Melnikov的混沌定义
• 2.1.3 Devaney 的混沌定义
• 2.2 混沌的特征
• 2.3 常见的几种判别混沌的方法
• 第三章 四维混沌系统生成二值序列
• 3.1 几种常见的二值序列的生成方法
• 3.2 新的二值序列生成算法
• 3.2.1 Logistic 映射
• 3.2.2 四维混沌系统
• 3.2.3 混沌序列的产生
• 3.2.4 二值序列的生成
• 3.3 混沌伪随机二值序列的性能分析
• 3.3.1 二值序列性能分析方法
• 3.3.2 随机性检验结果
• 第四章 三维整数拟仿射变换图像置乱
• 4.1 扩展二维拟仿射变换到三维拟仿射变换
• 4.2 置乱密钥
• 4.3 置乱算法
• 4.4 置乱分析
• 第五章 三维整数拟仿射变换和二值序列在图像中应用
• 5.1 图像融合
• 5.2 二值序列用于图像加密
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间研究成果
• 致谢
• 个人简介