混沌理論在圖像加密中的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著信息技術(shù)的發(fā)展，尤其是信息存儲(chǔ)技術(shù)、傳輸技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得信息交互的安全性愈發(fā)重要。數(shù)字圖像加密技術(shù)，作為保護(hù)圖像信息的有效手段之一，近幾年來取得了長足的進(jìn)步?；煦缋碚?、相對(duì)論與量子力學(xué)被列為二十世紀(jì)的最偉大發(fā)現(xiàn)，混沌理論具有對(duì)初始條件和控制參數(shù)的敏感性，偽隨機(jī)的軌道以及拓?fù)鋫鬟f性。這些固有的性質(zhì)使其可以應(yīng)用于圖像加密中。因此，從上世紀(jì)末以來涌現(xiàn)出了大量的基于混沌理論的圖像加密算法，并取得了許多令人振奮的成果。然而，隨

2、著研究的逐步深入以及信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，曾被認(rèn)為是安全性強(qiáng)和效率高的圖像加密算法，如今卻被證實(shí)為不安全、效率低，甚至是不可用的。如何結(jié)合最新的研究成果，通過深入細(xì)致地分析，設(shè)計(jì)出高效率、強(qiáng)安全性的混沌數(shù)字圖像加密算法成為亟待解決的問題。
　　本文對(duì)基于混沌理論的數(shù)字圖像加密的基礎(chǔ)作了簡要的論述，并結(jié)合已有基于混沌理論的數(shù)字圖像加密的研究成果，深入分析目前圖像加密算法，指出其中的不足并加以改進(jìn)，并提出原創(chuàng)性的數(shù)字圖像加密算法。本論文

3、的研究工作和主要?jiǎng)?chuàng)新之處包括以下幾個(gè)方面:
　　(1)針對(duì)不同的需求，選擇適合的混沌圖像加密結(jié)構(gòu)，本文對(duì)現(xiàn)有混沌圖像加密算法結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較。首先詳細(xì)分析了現(xiàn)有混沌圖像加密的關(guān)鍵步驟，并對(duì)常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)地說明。然后，對(duì)混沌圖像加密結(jié)構(gòu)做深入且全面的比較實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)找出最優(yōu)的基于混沌理論的圖像加密結(jié)構(gòu)。最后對(duì)加密結(jié)構(gòu)的抗干擾能力進(jìn)行了分析;
　　(2)為了增強(qiáng)密鑰的安全性，本文提出基于密鑰增強(qiáng)的混沌圖像加密算法。該算法與

4、傳統(tǒng)的加密算法相比較，并沒有增加余外的操作，可以保證算法的運(yùn)行效率和合理的加密時(shí)間。通過與最新的研究成果比較，本文提出的混沌圖像加密算法對(duì)不同尺寸和類型的圖像均具有很好的加密效果。最后對(duì)加密算法的抗干擾能力進(jìn)行了分析;
　　(3)混沌圖像加密算法的密碼分析與改進(jìn)。利用密碼學(xué)分析理論，分析了由Ye提出的基于Logistic混沌映射的圖像加密算法。通過解不等式方程組，證明其算法中存在的缺陷，利用該缺陷，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)成功地破解加密算法。并根

5、據(jù)上述算法的設(shè)計(jì)缺點(diǎn)，提出了兩種改進(jìn)原算法缺陷的算法;
　　(4)為了防止對(duì)加密后的圖像進(jìn)行惡意地篡改，本文提出了一種基于可逆整數(shù)變換的混沌圖像加密算法及其認(rèn)證算法。該算法首先利用可逆整數(shù)變換將明文圖像分成高頻部分和低頻部分，使用混沌圖像加密方法對(duì)低頻部分進(jìn)行加密，利用直方圖修改的方法將水印信息嵌入高頻部分，并通過整數(shù)變換的逆變換得到嵌入水印的加密圖像。通過對(duì)算法的水印結(jié)果分析，驗(yàn)證算法的嵌入率和峰值信噪比的效果。針對(duì)該算法沒有有

6、效地加密明文輪廓信息的問題，提出了相應(yīng)的改進(jìn)算法，并有效地加密了明文信息。最后對(duì)水印算法的抗干擾和抗攻擊的能力進(jìn)行了分析;
　　(5)提出一種新的DNA編碼約束條件，并用于設(shè)計(jì)基于DNA編碼的混沌圖像加密算法。對(duì)現(xiàn)有的基于Hamming距離組合約束條件的DNA編碼組合約束條件進(jìn)行分析比較，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果確定最優(yōu)的基于Hamming距離的DNA編碼組合約束條件。最后，利用最優(yōu)的DNA編碼約束條件，設(shè)計(jì)了基于DNA編碼的混沌圖像加密算法