基于混沌系统和压缩感知的双图像加密算法

论文摘要

图像数据安全一直都是网络信息安全领域面临的主要问题,物理设备计算能力的飞速提升,使得传统图像密码学方案的破解成为可能。混沌系统具有确定性、类随机性和初值敏感性等特征,能够应用于图像加密领域。压缩感知技术可以同时实现输入信号的压缩和加密,适用于多图像加密过程。本文提出了两种基于混沌和压缩感知的双图像加密算法,并对这两种算法进行仿真实验。具体的研究内容如下:提出了基于Henon混沌和压缩感知的双图像加密算法。该算法首先利用离散小波基对两幅明文图像进行稀疏表示,随后采用Henon混沌系统控制产生的观测矩阵对图像分别进行投影测量。经过压缩后的测量值在竖直方向隔行拼接为一幅组合图像。紧接着引入随机相位编码技术对组合图像完成像素扩散,最后利用约瑟夫斯置换对扩散后的图像进行像素置乱。解密步骤包括像素恢复、随机相位逆编码、SL0算法重构和小波逆变换。仿真结果和安全性分析验证了该双图像加密算法的有效性和鲁棒性。设计了基于Logistic映射和解析稀疏表示的双图像加密算法。该算法通过2-DLogistic映射产生的混沌序列对稀疏字典进行改造,得到图像的解析稀疏表示。利用混沌系统产生的随机序列构造观测矩阵,对图像进行采样得到加密后的测量值。经过随机像素置换和Arnold变换后的两幅中间图像,在竖直方向上进行拼接。利用位异或操作和Zigzag扫描对合成图像进行像素转换和置乱,得到最终的密文图像。解密步骤包括Zigzag扫描、异或操作、Arnold变换、像素还原和SBI算法重构。实验结果和性能分析表明该算法具有稳定的安全性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 混沌图像加密
•     1.2.2 图像压缩加密
•   1.3 研究内容及章节安排
• 第2章 图像加密基础
•   2.1 混沌系统
•     2.1.1 混沌定义
•     2.1.2 混沌基本特性
•     2.1.3 典型混沌系统
•   2.2 压缩感知理论
•     2.2.1 稀疏表示
•     2.2.2 投影测量
•     2.2.3 重建算法
•   2.3 图像加密框架
•   2.4 本章小结
• 第3章 基于Henon混沌和压缩感知的双图像加密算法
•   3.1 加密原理
•     3.1.1 双随机相位编码
•     3.1.2 约瑟夫斯置换
•   3.2 基于二维映射和压缩感知的双图像加密算法
•   3.3 实验仿真及分析
•     3.3.1 直方图分析
•     3.3.2 像素相关性分析
•     3.3.3 密钥敏感性分析
•     3.3.4 密钥空间分析
•     3.3.5 噪声攻击分析
•     3.3.6 裁剪攻击分析
•     3.3.7 计算复杂度分析
•     3.3.8 时间复杂度分析
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于Logistic映射和解析稀疏表示的双图像加密算法
•   4.1 Arnold变换
•   4.2 基于解析稀疏模型和Logistic混沌的双图像加密算法
•   4.3 实验仿真及分析
•     4.3.1 直方图分析
•     4.3.2 像素相关性分析
•     4.3.3 密钥敏感度分析
•     4.3.4 密钥空间分析
•     4.3.5 噪声攻击分析
•     4.3.6 压缩性能分析
•     4.3.7 信息熵分析
•     4.3.8 选择明文攻击分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 江昊

导师: 周南润,聂哲

关键词: 图像加密,混沌系统,压缩感知,像素置乱,循环矩阵

来源: 南昌大学

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: 南昌大学

基金: 国家自然科学基金项目(61861029),江西省自然科学基金项目(20171BAB202002),江西省主要学科学术和技术带头人资助计划项目(20162BCB22011),江西省应用研究培育计划项目(20181BBE58022),上海市信息安全综合管理技术研究重点实验室开放课题(AGK2018002)

分类号: TP309.7;TP391.41;O415.5

DOI: 10.27232/d.cnki.gnchu.2019.000456

总页数: 52

文件大小: 4235K

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