基于混沌理论的图像加密算法设计与实现

论文摘要

近年来,随着科技的飞速发展,计算机的应用变得日益广泛,多媒体信息的安全问题也显得更加突出。数字图像作为人们获取信息的重要载体,大量在网络中传输、存储,如何保证这些图像信息的安全变得极其重要。但由于数字图像具有数据量大、相关性强、冗余性高等特点,传统加密算法已不太适合图像信息的加密,因此,设计更加安全的图像加密算法成为密码学领域的重要研究课题。由于混沌系统具有对初始值的敏感性、不可预测性、伪随机性等特点,与密码学的特性非常吻合,因此混沌加密技术在图像加密领域得到广泛应用。本文主要研究了基于混沌理论的图像加密算法设计与实现。首先阐述了混沌图像加密算法的研究背景,研究了国内外的发展现状。其次介绍了混沌理论和密码学的基础理论。然后针对数字图像的特点与有限精度效应,设计了两种图像加密算法。算法一是基于二维(2D)双混沌系统的图像加密方法,该方法采用2D Logistic映射与基于修正Marotto定理的混沌映射分别产生两组混沌实数序列,序列优化后进行异或运算得到第三组加密序列,分别与彩色图像RGB分量扩散操作。该方法不仅具有较大的密钥空间,并能有效抵抗统计攻击、噪声攻击。算法二是基于混沌与位平面的加密算法。采用三个混沌系统,系统一是Arnold映射,用来置乱灰度值位置;系统二与系统三分别是LC(LogisticCubic)系统、Henon映射,利用勾股定理生成加密密钥;将密钥序列和图像矩阵进行比特位分解,扩散加密图像位平面。通过分析算法与安全性能,加密效果良好,可抵抗不同类型的恶意攻击,安全性得到较大提升。最后以Matlab R2014a为工具设计图像加密原型系统,实现图像加密算法。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 混沌加密的国内外研究现状
•   1.3 本文主要内容及安排
•     1.3.1 论文主要研究内容
•     1.3.2 论文安排
• 第2章 混沌理论与密码学基础知识
•   2.1 混沌理论
•     2.1.1 混沌的定义
•     2.1.2 混沌的基本特征
•     2.1.3 混沌的判定准则
•     2.1.4 典型混沌系统
•   2.2 密码学
•     2.2.1 基本概念
•     2.2.2 体系结构
•     2.2.3 密码分析和算法安全
•   2.3 混沌密码学
•     2.3.1 混沌与密码学的关系
•     2.3.2 问题与缺陷
•   2.4 本章小结
• 第3章 基于二维双混沌的图像加密方法
•   3.1 选择的混沌系统
•     3.1.1 二维Logistic混沌映射
•     3.1.2 基于修正Marotto定理的离散混沌系统
•   3.2 加密方案的设计
•     3.2.1 基于2D Logistic映射加密
•     3.2.2 基于修正Marotto定理的离散混沌映射加密
•     3.2.3 加密算法流程图
•   3.3 实验仿真结果
•   3.4 性能分析
•     3.4.1 密钥空间分析
•     3.4.2 敏感性分析
•     3.4.3 直方图统计分析
•     3.4.4 相关性分析
•     3.4.5 信息熵分析
•   3.5 本章小结
• 第4章 基于混沌与位平面的图像加密算法
•   4.1 混沌系统和位平面分解
•     4.1.1 混沌系统
•     4.1.2 位平面分解
•   4.2 加密方案设计
•     4.2.1 图像加密算法设计
•     4.2.2 加密流程
•   4.3 实验仿真结果
•   4.4 性能分析
•     4.4.1 密钥空间分析
•     4.4.2 敏感性分析
•     4.4.3 直方图统计分析
•     4.4.4 相关性分析
•     4.4.5 信息熵分析
•     4.4.6 差分攻击分析
•   4.5 两种算法对比
•   4.6 本章小结
• 第5章 图像加密算法的实现
•   5.1 算法实现工具环境
•   5.2 图像加密算法实现界面设计
•   5.3 图像加密算法具体实现步骤
•     5.3.1 基本功能
•     5.3.2 图像加解密的实现
•     5.3.3 安全性分析实现
•   5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李静

导师: 向菲,罗阳

关键词: 数字图像,混沌映射,位平面,加密,映射

来源: 河南科技大学

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: 河南科技大学

分类号: TP309.7;O415.5;TP391.41

总页数: 76

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