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基于Baker变换和广义异或运算的混合域图像加密

作　者: 刘云龙
导　师: 刘树田
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 光学
关键词: 图像加密 异或运算 Baker变换 混沌置乱
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 29次
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内容摘要


在过去的三十年里随着计算机的逐渐普及，网络在日常生活中、工作中、学习中扮演越来越重要的角色，促进了图像加密的快速发展。研究图像加密是的目的是保护图像信息不受非授权者的窃取。数字图像加密算法的最基本的操作为置乱和替换。置乱就是明文中元素被重新排列，也就是交换像素位置但不改变像素值。替换就是将明文中的一个元素或者多个元素映射到密文中的一个元素，会改变值大小分布。Baker变换属于图像置乱方法的一种，具有混沌动力学特征，能使相邻位置像素点在多次做Baker变换后以指数级方式分离。改进Baker变换是在原来Baker变换的基础上做了改进，不仅保留了Baker变换对图像置乱的所有优良特性，还克服了传统Baker变换不能任意分割原图像并对图像的宽高有约束这些缺点。本文模拟了改进Baker变换，并将改进Baker变换与广义Arnold在加密效果，安全性和算法运行速度上做了比较，得出改进Baker变换置乱比广义Arnold变换置乱拥有更大的密钥空间，对图像的置乱效果更好，运算速度更快，比Arnold变换更具应用价值。基于混沌序列波形排序图像置乱算法是本文提出的一种新的图像置乱算法。文中采用迭代混沌函数来产生混沌序列。将基于混沌序列波形排序图像置乱算法与已有的基于混沌序列值与整数相对应的图像置乱算法和基于混沌序列值由小到大排序的图像置乱算法相比较得到：此图像置乱方法的安全性好，加密效果略差，算法运行速度快。广义异或运算是在传统异或运算的基础上改进的，不仅保留了传统异或运算易操作，对数据大小变换效果好的优良特性，还将异或运算的适用范围从整数范围扩大到双精度实数范围内。基于广义异或运算的图像加密方法也属于图像替换的一种，本文将其与改进Baker变换和基于混沌序列按小到大排序图像置乱方法结合提出了一种在混合域的图像加密算法，并将加密算法与同类加密算法比较得出了这种加密算法在安全性和运行时间上的优越性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题研究目的及意义  8-9
  1.2 概述  9-12
    1.2.1 光学图像加密  9-11
    1.2.2 数字图像加密  11-12
  1.3 论文的基本结构  12-14
第2章 常见加密算法和混沌映射  14-20
  2.1 按位运算  14-15
    2.1.1 计算机中的数据存储形式  14
    2.1.2 按位运算一般形式  14-15
  2.2 基本的图像置乱变换算法  15-16
    2.2.1 Arnold变换  15
    2.2.2 Baker变换  15-16
  2.3 混沌系统  16-19
    2.3.1 帐篷映射  16-18
    2.3.2 Logistic映射  18-19
  2.4 本章小结  19-20
第3章 改进Baker变换  20-33
  3.1 传统Baker变换  20-22
  3.2 传统Baker变换缺点及改进  22-24
  3.3 改进Baker变换算法评价  24-32
    3.3.1 加密效果  24-29
    3.3.2 安全性  29-31
    3.3.3 算法运行时间  31-32
  3.4 本章小结  32-33
第4章 基于混沌序列的图像置乱  33-44
  4.1 混沌序列在图像置乱中的一般应用  33-36
    4.1.1 基于混沌序列值与整数相对应的图像置乱算法  33-34
    4.1.2 基于混沌序列值由小到大排序的图像置乱算法  34-36
  4.2 基于混沌序列波形排序的图像置乱算法  36-37
    4.2.1 图像置乱算法规则  36
    4.2.2 置乱算法模拟  36-37
  4.3 基于混沌序列波形排序的图像置乱算法评价  37-43
    4.3.1 算法加密效果  38-39
    4.3.2 算法的安全性  39-42
    4.3.3 算法运行时间  42-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章 基于广义异或运算的混合域的图像加密算法  44-57
  5.1 异或运算  44
  5.2 基于广义异或运算的图像加密算法  44-48
    5.2.1 基于广义异或运算的图像加密算法  44-47
    5.2.2 算法缺点分析  47
    5.2.3 算法改进方案  47-48
  5.3 基于广义异或运算的混合域图像加密算法  48-56
    5.3.1 算法加密过程及模拟  48-50
    5.3.2 算法分析  50-54
    5.3.3 与相似算法的比较  54-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-63
致谢  63

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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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