论文摘要
在如今的信息时代,图像数据的应用极其广泛。如何更加安全地传输和使用图像数据成为了研究热点。混沌系统（Chaotic system）拥有众多非常适合密码系统（Cryptosystem）设计要求的特性,因此有越来越多的混沌图像加密算法（Chaotic image encryption algorithm）被提出。由于图像数据具有高信息冗余度等特性,与传统加密算法相比,混沌图像加密算法在效率和安全性等方面都具有优势。然而,一些最新的混沌图像加密算法在合理性、实用性和安全性方面仍然存在缺陷。本文对三种最新的混沌图像加密算法进行了研究,指出了这些算法中存在的问题,并提出了相应的选择明文攻击（Chosen plaintext attack）算法。为提高混沌图像加密的实用性和安全性,本文设计了一种基于忆阻混沌系统（Memristive chaotic system）和离散对数（Discrete logarithm）的图像加密算法。最后,针对最新混沌图像加密算法中仍然存在的问题,本文又提出了一种能有效抵御攻击的高效混沌图像加密算法。以下为本文的主要研究内容及创新性成果:（1）本文对基于集成式混沌系统的图像加密算法进行了研究,确定了该算法在整数序列转换、行列置换（Permutation）等方面存在的问题,并进行了改进。本文还对该算法进行了密码分析（Cryptanalysis）,提出了相应的攻击算法。最后,本文还就混沌序列使用、攻击抵御能力等方面,提出了相关改进建议。（2）本文对基于脱氧核糖核酸（Deoxyribo-Nucleic Acid,DNA）编码和扰乱的超混沌（Hyperchaotic）图像加密算法进行了研究,指出和分析了该算法在混沌序列转换、置换下标计算、混沌序列使用等方面存在的问题。本文还对该算法进行了密码分析,提出了针对性的攻击算法。最后,本文从初始值生成、混沌序列使用等方面阐述了进一步进行改进的建议。（3）本文对基于二维组合式混沌映射的图像加密算法进行了研究,指出了该算法在系统参数生成、秘密密钥（Secret key）定义等方面存在的问题。本文还对该算法进行了密码分析,提出了通过选择明文攻击来构建和求解异或方程组的攻击算法。最后,本文也提出了进一步进行改进的建议。（4）本文提出了一种基于离散对数和忆阻混沌系统的图像加密算法。该算法使用忆阻混沌序列、离散对数及明文图像散列值（Plain image hash value）来增强置换和扩散（Diffusion）过程,并通过生成元（Generator）来扩大密钥空间（Key space）和增强抵御选择明文攻击的能力。最后本文通过理论分析、模拟测试和对比分析验证了该算法的实用性和安全性。（5）针对最新混沌图像加密算法中存在的问题,本文设计了一种基于离散对数和DNA序列操作（DNA sequence operation）的明文相关的混沌图像加密算法。该算法在每个加密步骤中都引入了离散对数和明文图像散列值,可以有效抵御选择明文攻击。另外,通过引入具有高并行性的DNA序列操作,以及改变明文图像散列值的使用策略,加密效率也得到了显著提升。最后,相关的理论分析、模拟测试及对比分析验证了该算法的实用性和安全性。
论文目录
文章来源
类型: 博士论文
作者: 冯伟
导师: 何怡刚
关键词: 混沌系统,图像加密,密码分析,选择明文攻击,置换,扩散,混淆,离散对数
来源: 合肥工业大学
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
单位: 合肥工业大学
分类号: TP309.7;O415.5
DOI: 10.27101/d.cnki.ghfgu.2019.000641
总页数: 159
文件大小: 5875k
下载量: 4
相关论文文献
标签：混沌系统论文; 图像加密论文; 密码分析论文; 选择明文攻击论文; 置换论文; 扩散论文; 混淆论文; 离散对数论文;