基于混沌系统的图像加密算法研究

论文摘要

随着网络技术与通信技术的飞速发展,图像信息在网络中的交换已经变得越来越普遍,与此同时图像信息的安全与保密问题显得越来越突出。对图像进行加密是保证图像信息安全的重要手段之一,由于传统的加密算法应用于图像加密有诸多弊端,因此图像加密的新技术已成为一个国际上学术研究的热门课题。近几年来,混沌理论在保密通信中的应用引起了人们的广泛兴趣,混沌现象作为非线性动力系统中一种确定的伪随机过程,广泛的存在于客观世界中;混沌系统对初始条件存在极端的敏感性,并能产生大量的非周期、连续宽带频谱、似噪声且可再生的混沌信号,这些信号具有天然的隐蔽性、长期不可预测性、高复杂性和易于实现性,这些特性与密码学的许多要求是相吻合的。图像因其数据量大、冗余度高,已给传统加密方式提出了挑战,由于混沌密码在图像信息加密上有着得天独厚的优势,使得混沌密码在图像加密中的应用已成为信息科学与技术中的一个重要研究领域。本文首先介绍了混沌理论和密码学的相关知识,讨论了混沌理论在密码学中的应用,其次,介绍了几种传统的图像加密技术,研究了几种基于混沌理论的图像加密算法,分析了各自的优缺点,最后提出了一种基于多维混沌系统组合的图像加密新算法,进行了仿真实验,并对其多方面性能(包括密钥空间,密钥敏感性以及统计特性等)进行了分析。实验结果表明该算法有巨大的密钥空间,密文对密钥非常敏感,并且具有良好的统计特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容与结构安排
• 第2章 混沌理论与密码学
• 2.1 混沌理论的基本概念
• 2.1.1 混沌的定义
• 2.1.2 混沌理论的基本概念
• 2.1.3 混沌系统的判别办法
• 2.2 几个典型的混沌系统
• 2.2.1 一维混沌系统
• 2.2.2 二维混沌系统
• 2.2.3 三维混沌系统
• 2.3 密码学
• 2.4 混沌理论和密码学的关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 图像加密技术
• 3.1 数字图像的基本知识
• 3.2 传统的图像加密技术
• 3.2.1 基于置乱的图像加密技术
• 3.2.2 基于秘密分割和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 其他的图像加密技术
• 3.3 基于混沌理论的图像加密技术
• 3.3.1 一维混沌映射用于像素值加密
• 3.3.2 二维混沌映射用于图像置乱加密
• 3.3.3 多维混沌系统用于图像加密
• 3.3.4 性能分析对比
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于多维混沌系统组合的图像加密算法
• 4.1 二维 Cat映射对图像置乱
• 4.1.1 二维 Cat混沌映射
• 4.1.2 Cat映射的离散化
• 4.2 对置乱过程的改进
• 4.2.1 基于Logistic映射的改进算法
• 4.2.2 置乱结果
• 4.3 三维Chen混沌系统对图像加密
• 4.3.1 Chen混沌系统
• 4.3.2 加密过程
• 4.4 解密算法
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 密钥空间的分析
• 5.2 密钥敏感性的分析
• 5.3 直方图分析
• 5.4 相邻像素的相关性分析
• 5.5 图像恢复性能分析
• 5.6 计算时间分析
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢