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基于混沌理论的彩色图像加密算法研究

作　者: 刘海莺
导　师: 卢辉斌
学　校: 燕山大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 图像加密 Lorenz混沌系统 广义Arnold变换 Logistic映射 混沌序列
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着网络技术的飞速发展,大量的数字图像信息正在以不同的形式在网络上传输,既给我们带来了方便快捷的信息获取方式,也给我们带来了信息安全的隐患:敏感信息可能轻易地被窃取、篡改、非法复制和传播等。如何保护图像信息的安全已经成为各界广为关注的问题。由于混沌系统具有伪随机性、确定性和对初始条件的极端敏感等特性,将其与数字图像加密技术相结合,可以构造出非常好的图像加密系统。本文围绕混沌理论在数字图像加密中的应用这一课题,进行了较为广泛而深入的研究。首先,对混沌的基本原理、密码学基础和混沌图像加密技术理论进行研究,分析了混沌应用于密码学的优势,揭示了本课题研究的目的和价值。其次,在分析现有混沌加密方法的基础上,针对现有的加密算法大多是直接对灰度图像进行加密,提出了基于广义Arnold变换的彩色图像加密算法。将二维Arnold变换进行推广,并加入以Lorenz混沌系统产生的序列来构造广义Arnold变换的控制参数的思想,提高了算法的安全性。该算法密钥空间大,具有良好的密钥敏感性、图像恢复性。最后,针对低维混沌系统密钥空间小,使用单一混沌系统的加密算法安全性不高,提出了基于耦合混沌系统的彩色图像加密算法。该算法以预处理后的图像数据作为Logistic映射的初始值来生成置乱矩阵,由Lorenz系统产生的混沌序列对图像进行像素值替代操作。保证了加密算法对明文的变化具有敏感性,提高了算法安全性。该算法具有良好的安全性,非常适合数据量大、实时性要求高的图像加密。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-15
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 研究现状  10-13
    1.2.1 混沌密码学发展现状  10-11
    1.2.2 基于混沌的图像加密技术研究现状  11-13
  1.3 论文的研究内容和组织结构  13-15
第2章 基本原理概述  15-33
  2.1 混沌的基本原理  15-24
    2.1.1 混沌的概念及定义  15-17
    2.1.2 混沌的特征  17-18
    2.1.3 混沌的判别方法  18-20
    2.1.4 几种典型的混沌系统  20-24
  2.2 密码学理论基础  24-29
    2.2.1 密码学的基本概念  24-26
    2.2.2 密码体制分类  26-27
    2.2.3 序列密码  27-29
    2.2.4 密码分析  29
  2.3 混沌图像加密技术  29-32
    2.3.1 混沌图像加密技术方法分类  30-31
    2.3.2 混沌图像加密技术存在的问题  31-32
  2.4 本章 小结  32-33
第3章 基于广义Arnold 变换的彩色图像加密算法的研究  33-47
  3.1 引言  33
  3.2 Arnold 变换及推广  33-36
  3.3 加密算法设计  36-41
    3.3.1 Lorenz 系统与控制参数序列的生成  36-38
    3.3.2 位置置乱过程  38-39
    3.3.3 像素替代过程  39-40
    3.3.4 加密算法步骤  40-41
  3.4 实验仿真  41
  3.5 算法安全性分析  41-46
    3.5.1 密钥空间分析  42
    3.5.2 密钥敏感性测试  42-43
    3.5.3 邻近像素值相关性分析  43-45
    3.5.4 直方图比较  45-46
  3.6 本章 小结  46-47
第4章 基于耦合混沌系统的彩色图像加密算法  47-65
  4.1 引言  47
  4.2 混沌序列的研究  47-53
    4.2.1 Logistic 映射的性能分析  48-51
    4.2.2 混沌序列的生成方法  51-53
  4.3 加密算法设计  53-58
    4.3.1 对原始图像进行预处理  54-55
    4.3.2 置乱矩阵的生成  55-56
    4.3.3 像素替代过程  56-57
    4.3.4 加密算法步骤  57-58
  4.4 实验仿真  58-59
  4.5 算法安全性分析  59-63
    4.5.1 密钥空间分析  59
    4.5.2 密钥敏感性测试  59-61
    4.5.3 稳定性分析  61
    4.5.4 置乱度分析  61-62
    4.5.5 直方图比较  62-63
  4.6 本章 小结  63-65
结论  65-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  71-72
致谢  72-73
作者简介  73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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