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几种基于混沌系统的图像加密算法研究

作　者: 王田
导　师: 王兴元
学　校: 大连理工大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 图像加密 时空混沌 密码分析
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 228次
引　用: 5次
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内容摘要


随着计算机网络通信技术和多媒体技术的发展,人类社会进入了数字时代。多媒体由于数据的直观性强、信息量大等特点使得它成为人类社会在信息利用方面的重要手段。尤其是数字图像,它比声音、文字等包含更多的信息量,因而在多媒体信息中占有举足轻重的地位,所以人们对通过网络安全的传输数字图像的需求也越来越迫切。混沌系统具有良好的伪随机性、长期的不可预测性、对初始值的高度敏感性等特性,这就决定了混沌系统可以应用于密码学领域。本文首先介绍了混沌理论以及密码学的基本知识,在对已有基于混沌理论的图像加密算法分析的基础上提出了三种图像加密算法。本文提出的基于级联混沌系统的图像加密算法,通过级联高维的时空混沌系统来改善在有限精度条件下混沌系统动力学特性出现退化的现象。基于级联空间混沌系统的选择图像加密算法是在将上述算法结合选择图像加密后提出的。最后,通过对现有基于流加密的图像加密算法和基于分组加密的图像算法的优缺点进行分析,提出了一种结合流加密与分组加密的图像加密算法。理论分析与数值实验均表明这些算法能够达到密码学要求的混淆和扩散的目的,并能有效的预防差分攻击。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
引言  9-11
1 混沌与密码学的基本理论  11-23
  1.1 混沌理论的简介  11-14
    1.1.1 混沌概述  11
    1.1.2 混沌的定义  11-13
    1.1.3 混沌的特征  13-14
  1.2 典型的混沌系统  14-17
    1.2.1 一维混沌系统  14-15
    1.2.2 二维混沌系统  15-16
    1.2.3 三维混沌系统  16-17
  1.3 密码学理论介绍  17-23
    1.3.1 基本概念和术语  18-19
    1.3.2 对称密钥加密  19-20
    1.3.3 公开密钥加密  20-21
    1.3.4 密码分析  21-23
2 基于混沌理论的图像加密技术  23-30
  2.1 图像加密算法的分类  23-27
    2.1.1 基于矩阵变换/象素置换的加密技术  23-25
    2.1.2 基于秘密分割与秘密共享的图像加密算法  25
    2.1.3 基于现代密码体制的图像加密算法  25-26
    2.1.4 基于混沌理论的图像加密算法  26-27
  2.2 基于混沌理论的图像加密算法设计的步骤  27
  2.3 典型的基于混沌系统的数字图像加密算法  27-30
    2.3.1 基于混沌序列的镜像加密算法  27-28
    2.3.2 基于Logistic映射的数字图像置乱加密算法  28-30
3 一种基于级联混沌系统的图像加密算法  30-40
  3.1 混沌映射的选择  30-32
    3.1.1 Logistic映射  30-31
    3.1.2 时空混沌映射  31-32
  3.2 算法描述  32-34
    3.2.1 加密过程  32-33
    3.2.2 解密过程  33-34
  3.3 实验结果  34
  3.4 混沌序列的性能分析  34-35
  3.5 安全性分析  35-39
    3.5.1 密钥空间分析  36
    3.5.2 密钥敏感性的测试  36
    3.5.3 统计分析  36-37
    3.5.4 差分攻击分析  37-38
    3.5.5 信息熵攻击  38-39
  3.6 总结  39-40
4 一种基于级联空间混沌系统的选择图像加密算法  40-50
  4.1 混沌映射的选择  40-43
  4.2 选择图像加密  43-44
  4.3 算法描述  44-47
    4.3.1 加密过程  44-46
    4.3.2 解密过程  46-47
  4.4 实验结果  47
  4.5 安全性分析  47-49
    4.5.1 暴力攻击  47
    4.5.2 密钥敏感性的测试  47-48
    4.5.3 统计分析  48
    4.5.4 差分攻击  48-49
    4.5.5 信息熵攻击  49
  4.6 总结  49-50
5 一种结合流加密与分组加密的图像加密算法  50-60
  5.1 混沌系统的选择  50-52
  5.2 分组密码  52
  5.3 算法描述  52-56
    5.3.1 加密过程  53-55
    5.3.2 解密过程  55-56
  5.4 实验结果  56-57
  5.5 安全性分析  57-58
    5.5.1 暴力攻击  57
    5.5.2 密钥敏感性的测试  57
    5.5.3 统计分析  57
    5.5.4 差分攻击  57-58
    5.5.5 信息熵攻击  58
  5.6 总结  58-60
结论  60-62
参考文献  62-64
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  64-65
致谢  65-66

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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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