基于混沌理論的數(shù)字圖像加密算法研究.pdf

1、ⅢlIIIIIIIIllIIllllIIIlIIllIllY3402581碩釜學(xué)位論文學(xué)校代碼：10357密級：保密期限：二_基于混沌理論的數(shù)字圖像加密算法研究ResearchonDigitalImageEncryptionAlgorithmBased。onChaosTheory學(xué)號姓名一級學(xué)科二級學(xué)科指導(dǎo)教師完成時間P15201056程浪浪信息與通信工程通信與信息系統(tǒng)張紅偉副教授2018年5月摘要近幾年來，互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。圖像作為

2、最有用的信息表示形式之一，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。圖像信息的泄露可能造成財產(chǎn)損失和不利的社會影響，因此保護(hù)圖像信息的安全具有重要的意義。由于傳統(tǒng)的文本信息加密算法不是專門針對圖像來設(shè)計的，所以在圖像加密中已不再適用。混沌系統(tǒng)具有不可預(yù)測性，對于初始值極度敏感性，同時產(chǎn)生的序列表現(xiàn)出偽隨機(jī)性等，結(jié)合混沌系統(tǒng)設(shè)計的圖像加密算法可以有效的解決圖像信息泄露的問題。針對目前許多混沌圖像加密算法存在加密效率低、不能抵御選擇性明文攻擊和噪聲攻擊、可實(shí)現(xiàn)性

3、差等問題，本文開展了以下研究工作：(1)結(jié)合密碼學(xué)基礎(chǔ)和經(jīng)典的置亂一擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的混沌圖像加密算法，研究了兩種分別在電子密碼本(ECB，Elec扛0nicCodeBook)模式和密碼分組鏈接(CBC，CipherBlockChaining)模式下的混沌圖像加密算法。通過與兩種不同模式下的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES，Da_[aEncr)，ptionStandard)算法對比，得出了傳統(tǒng)的文本數(shù)據(jù)加密算法不適合圖像加密，同時也總結(jié)了經(jīng)典的混沌圖像加密

4、算法在兩種常見模式下的優(yōu)缺點(diǎn)以及算法在圖像加密應(yīng)用中存在的問題，這些為基于混沌的圖像加密算法的設(shè)計提供了研究方向和改進(jìn)空間。(2)針對目前基于經(jīng)典置亂擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的加密算法存在的加密效率低、加密操作不能并行執(zhí)行、不能抵御選擇性明文攻擊等問題，提出了一種基于超混沌系統(tǒng)和單項(xiàng)耦合映象格子(OCML，OnewaycoupledMapLattices)的快速圖像加密算法。算法運(yùn)用了新穎的置亂和擴(kuò)散操作，使其能夠運(yùn)行在串并共存的計算機(jī)環(huán)境下。在置亂階

5、段，通過采取Baker映射與混沌置亂相結(jié)合方式來打亂圖像像素的位置。相比單純的Baker映射變換，克服了其置亂周期性，同時每塊置亂能夠并行處理，提高了置亂效率。在擴(kuò)散階段，首先利用包含兩個局部映射的單項(xiàng)耦合映象格子與超混沌系統(tǒng)進(jìn)行每個圖像塊之間的像素擴(kuò)散處理。接著把圖像翻轉(zhuǎn)、分塊。最后對每一塊進(jìn)行單獨(dú)的像素擴(kuò)散，其中每一塊的擴(kuò)散可以并行處理。實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果及與相關(guān)研究成果對比表明：算法不需要多輪重復(fù)執(zhí)行就可以達(dá)到很高的安全性，加密效率明顯