基于混沌技术的图像加密算法研究与实现

论文摘要

在当今信息时代,网络兴起与普及使信息的交流更加方便和快捷,同时传统的加密方法并不能完全有效的用于数据量大,实时传输的多媒体信息,为保证信息的安全,对多媒体信息进行加密和隐藏,成为国际上一门重要的研究课题。混沌动力学系统具有伪随机性和确定性以及对初始条件和系统参数的极端敏感性,由此混沌系统为图像信息加密和隐藏提供了一种快速简单的新途径。基于此,本论文就如何确保数字图像信息的安全做了比较深入的研究,并提出了一些数字图像加密的算法。本文首先简单介绍了混沌的发展、定义与特性,系统的介绍了密码学的基础理论,并介绍了目前的一些数字图像加密技术的原理。在分析和借鉴目前图像加密算法的基础上,本文提出了一种对彩色图像进行混沌加密的算法和一种对灰度图像进行多混沌序列加密的算法。第一种加密算法采用先置乱后扩散,置乱和扩散相结合的原则。图像像素点位置置乱时,用Lorenz三维混沌序列生成三个位置序列分别对红、蓝、绿色图像矩阵进行置乱,并在此引入了一个辅助密钥K,作为解密时使用,而后用Logistic混沌序列对三基色图像矩阵进行异或运算,完成对像素值的扩散。第二种加密算法采用了三种混沌映射,首先对图像像素值扩散操作,分别对每个像素值进行扩散,并且对不同的像素值进行扩散时,根据引入的判决条件的成立与否来选取不同的混沌序列。像素点位置置乱时,有两种不同混沌序列对应的置乱方法,根据引入的判决条件成立与否,选用不同的混沌序列和置乱方法。最后在计算机上对这两种加密算法进行仿真实验,结果表明这两种算法具有良好的像素值混淆,扩散性能和较大抵抗强力攻击的密钥空间,并且加密图像像素值具有类随机均匀分布特性,因此这两种新的混沌图像加密算法具有较强的保密性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 国内外混沌图像加密技术的研究历史及现状
• 1.3 本文的主要工作
• 1.4 本文章节安排
• 第2章 混沌理论简介
• 2.1 混沌概述
• 2.1.1 混沌理论发展历史
• 2.1.2 混沌定义
• 2.2 混沌的性质
• 2.2.1 Lyapunov指数
• 2.2.2 随机性
• 2.2.3 测量熵
• 2.3 混沌的识别方法
• 2.4 典型混沌系统分析
• 2.4.1 一维混沌系统
• 2.4.2 二维混沌系统
• 2.4.3 三维混沌系统
• 2.5 混沌用于图像加密的优势
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于混沌的图像加密
• 3.1 密码学基础
• 3.1.1 密码学相关概念
• 3.1.2 现代密码体制
• 3.1.3 密码分析
• 3.2 数字图像加密
• 3.2.1 基于矩阵变换/象素置换的图像加密
• 3.2.2 基于秘密分割与秘密共享的图像加密技术
• 3.2.3 基于现代密码体制的图像加密技术
• 3.2.4 基于混沌理论的图像加密算法
• 3.3 混沌图像加密
• 3.3.1 混沌密码学
• 3.3.2 设计思路
• 3.3.3 混沌密码的发展
• 3.4 本章小结
• 第4章 彩色图像的加密方法研究
• 4.1 真彩图像和灰度图像
• 4.2 Lorenz混沌系统图像置乱
• 4.2.1 Lorenz混沌系统起源
• 4.2.2 Lorenz方程式
• 4.2.3 RGB图像置乱
• 4.3 RGB图像置乱后的扩散
• 4.3.1 Logistic混沌映射
• 4.3.2 图像的扩散算法
• 4.3.3 图像的解密
• 4.4 计算机仿真
• 4.5 密钥分析
• 4.6 直方图分析
• 4.7 实验分析
• 4.7.1 抗裁剪实验
• 4.7.2 抗噪声实验
• 4.8 本章小结
• 第5章 一种复合混沌序列的图像加密
• 5.1 图像的扩散
• 5.1.1 二维Logistic混沌映射
• 5.1.2 扩散算法介绍
• 5.2 图像的置乱
• 5.2.1 置乱算法
• 5.3 图像解密
• 5.4 计算机仿真
• 5.5 密钥分析
• 5.6 图像灰度图
• 5.7 实验分析
• 5.7.1 抗裁剪实验
• 5.7.2 抗噪声污染实验
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文
• 致谢
• 研究生履历