基于洗牌算法的混沌系统图像加密

论文摘要

近年来,随着计算机技术和通信技术的飞速发展,数字信息已广泛应用于社会的各个领域。由于数字图像的直观图像和生动的特征,它已成为数字信息中最广泛使用和最重要的信息表达形式。因此,数字图像的安全性已成为一个永恒的问题。基于混沌系统设计的加密算法的安全性在很大程度上取决于混沌系统的性能。如何设计一个更好的混沌加密系统已成为一个研究热点。设计新混沌系统极其困难,一维系统结构简单,实现容易,本文在现有简单的一维置乱-扩散结构的基础上将置乱和扩散进行分别改进并分析其系统特性。另外,通过高维系统的复杂结构对混沌序列进行加密,从而更高程度地获得算法的安全性,改进了二维混沌系统的单扰码扩散结构,采用了双扰乱和双扩散的结构。采用改组算法和双向折叠扩散算法验证了算法的可行性,基于混沌理论和特点,详细分析了几种基于混沌理论的典型图像加密算法的安全性。简要介绍和分析了国内外图像加密的现状,介绍了混沌系统和图像加密的相关特性,并简要介绍了基本的一维逻辑系统映射和简单的二维逻辑,为进一步改进图像加密技术奠定了基础。提出了一种基于洗牌算法的双向折叠扩散混沌系统加密算法。加密算法基于经典的Logistic简单的混沌系统,创新使用本文提出的改进的洗牌算法来置乱像素位置。然后使用多向扩散方法来简化优化,然后使用双向折叠扩散。在信息熵等方面表现良好。通过对简单二维超混沌系统进行改进,提出了一种具有双置乱和双扩散的二维超混沌系统加密方法。将二维超混沌的简单置乱转化为明文序列,改进了简单扩散步骤,通过扩散置乱运算,提高了维数,然后利用上文改进的洗牌置乱算法和二方向折叠扩散算法结合进行加密,然后进行仿真实验。仿真结果表明,具有图像像素位置和像素值双重置乱的混沌加密算法优于使用逻辑混沌序列的加密算法。基于洗牌算法和基于加密混沌函数的设计两个加密混沌函数,实现异扩散加密算法和改进的二维超混沌系统加密方法能较好地抵抗微分攻击和统计分析,密钥灵敏,能有效抵抗密文攻击,密钥空间大,加密效果好。图[28]表[11]参[65]。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 图像加密国内外研究现状及发展动态
• 第二章 混沌系统与图像加密相关概述
•   2.1 密码学相关
•   2.2 密码编码学
•   2.3 密码分析学
•   2.4 混沌图像加密性能评价指标
•   2.5 密钥生成
•     2.5.1 混沌的判定
•       2.5.1.1 Lyapunov指数
•       2.5.1.2 分岔图
•   2.6 图像加密分析
•     2.6.1 攻击类型
•     2.6.2 图像加密评估
•     2.6.3 加密过程应更改明文图像的统计信息
•   2.7 图像解密
•   2.8 本章小结
• 第三章 经典混沌系统
•   3.1 Logistic系统
•   3.2 典型的混沌系统
•     3.2.1 Lorenz系统族
•     3.2.2 Tent映射
•     3.2.3 Sine映射
•     3.2.4 Tent映射
•   3.3 二维系统
•     3.3.1 Henon映射
•     3.3.2 二维Logistic映射
•       3.3.2.1 二维Logistic映射的特性
•       3.3.2.2 二维的Logsitic混沌映射密钥生成
•       3.3.2.3 二维Logistic映射的系统流程
•   3.4 本章小结
• 第四章 改进的一维Logistic混沌系统图像加密
•   4.1 Logistic系统特性
•   4.2 置乱算法
•     4.2.1 洗牌算法（Fisher-Yates shuffle）
•     4.2.2 像素位置置乱算法
•     4.2.3 置乱算法分析
•       4.2.3.1 本文置乱算法对比
•       4.2.3.2 置乱效果图分析
•       4.2.3.3 计算效率分析
•       4.2.3.4 线性复杂度分析
•   4.3 图像加密、解密算法
•     4.3.1 像素位置置乱
•     4.3.2 像素扩散
•     4.3.3 二方向折叠机制的图像扩散
•   4.4 解密算法
•   4.5 实验结果与性能分析
•     4.5.1 实验结果
•     4.5.2 密钥空间分析
•     4.5.3 密钥敏感度分析
•     4.5.4 直方图分析
•     4.5.5 信息熵分析
•     4.5.6 相邻像素相关性分析
•     4.5.7 抗差分攻击分析
•   4.6 本章小结
• 第五章 二维超混沌Logistic系统图像加密
•   5.1 改进的二维超混沌Logistic映射加密算法设计
•   5.2 图像加密流程
•     5.2.1 像素位置置乱
•     5.2.2 像素扩散
•   5.3 图像解密流程
•   5.4 实验结果与性能分析
•     5.4.1 实验结果
•     5.4.2 密钥空间分析
•     5.4.3 密钥敏感度分析
•     5.4.4 直方图分析
•     5.4.5 相邻像素相关性分析
•     5.4.6 抗差分攻击分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 赵尹

导师: 吴观茂

关键词: 图像加密,混沌,置乱扩散,洗牌算法,二维超混沌

来源: 安徽理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用,计算机软件及计算机应用

单位: 安徽理工大学

分类号: TP309.7;O415.5;TP391.41

总页数: 66

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