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基于混沌序列和RSA算法的图像加密技术的研究

作　者: 杨夷梅
导　师: 谭骏珊
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 图像加密 混沌系统 LDC复合混沌 RSA 图像压缩
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 41次
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内容摘要


在信息时代的今天,随着网络技术和多媒体技术的高速发展和广泛应用,越来越多的信息在网络上迅速方便地传输,但这同时也带来了信息安全隐患问题。因而,如何保护信息安全成为国际上研究的热门话题。加密技术是保护信息安全最有效的手段,已经成为一项非常实用又急需快速发展的关键技术。基于混沌理论的图像加密研究,近几年来一直是一个热点。一方面传统的加密方法存在缺点,比如DES的密钥空间在目前的计算机速度下显得过小,RSA的加密速度太慢；另一方面随着信息技术的发展,对适合网络应用的快速高效的图像加密算法的需求越来越迫切。而混沌序列具有优良的密码学特性,比如伪随机性、初始值敏感性、长期不可预测性等特性,将其与数字图像加密技术相结合,可以构造出非常好的图像信息加密系统,因此研究混沌对图像加密有着重要的意义。本文探讨了混沌理论的方法和密码学中的一些加密技术,对混沌理论的本质、特征和性能以及密码分析技术进行了深入的研究。通过对Lorenz、Duffing2和Chens三个混沌系统的详细阐述,并对众多利用混沌系统加密图像的文献进行研究发现,离散的混沌系统一般参数很少,形成的密钥空间相对不大,因此使用低维的离散的混沌系统产生的混沌序列对图像进行加密,虽然图像视觉效果很好,但安全性不高,容易被攻破。本文最终提出了基于LDC复合混沌的图像加密算法,算法通过利用Lorenz、Duffing2和Chens 3个三维混沌系统产生3个复合混沌系统来提高混沌系统的安全性,并对3个混沌系统都进行了改进,使其产生的混沌序列具有0,1分布均匀和较好的图像直方图特性。为了解决复合混沌系统中的密钥在管理和传输过程中的安全问题,本文采用安全性很高的RSA加密算法对密钥进行加密处理。为了在网络应用中加快图像的传输速度和在图像管理应用中降低磁盘的存储空间,本文对加密后的图像进行了压缩处理。通过对S+P变换、整数DCT变换、提升小波变换三种变换技术和行程编码、LZW编码、Huffman编码、算术编码四种编码算法的探讨,以及对EZW、SPIHT、EBCOT三种图像压缩算法的深入研究,并针对加密后图像0和1分布均匀的独特性,本文对EBCOT算法进行改进,使其对加密后图像的压缩具有更好的压缩性能,并与EZW、SPIHT、EBCOT算法作了比较分析,最后通过实验来验证改进后的EBCOT算法具有压缩比高、压缩速度快的特点。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-14
  1.1 课题研究的目的和意义  11
  1.2 数字图像加密技术在国内外的发展状况  11-13
  1.3 主要内容及结构安排  13-14
2 混沌理论及密码学  14-27
  2.1 混沌理论的概述  14-20
    2.1.1 混沌的定义  14-15
    2.1.2 混沌系统的基本特征  15-17
    2.1.3 混沌理论的主要研究方法  17-19
    2.1.4 混沌理论的应用  19-20
  2.2 密码学研究  20-25
    2.2.1 密码学的基本概念  20-22
    2.2.2 密码体制的分类  22-24
    2.2.3 密码算法的安全性分析  24-25
  2.3 混沌理论和密码学的关系及其应用  25-27
3 基于混沌理论与RSA算法的图像加密算法  27-43
  3.1 图像加密技术概述  27-30
    3.1.1 基于现代密码体制的图像加密技术  27-28
    3.1.2 基于混沌理论的图像加密技术  28-30
  3.2 基于LDC复合混沌序列的产生  30-34
    3.2.1 LDC混沌系统  30-32
    3.2.2 复合混沌序列的产生  32
    3.2.3 复合混沌序列的性能分析  32-34
  3.3 基于LDC复合混沌的图像加密算法的原理与实现  34-36
    3.3.1 基于LDC复合混沌的图像加密算法的原理  34
    3.3.2 基于LDC复合混沌的图像加密算法的流程图  34-35
    3.3.3 基于LDC复合混沌的图像加密算法的实现  35
    3.3.4 基于LDC复合混沌的图像加密算法的特点  35-36
  3.4 实验结果与分析  36-40
    3.4.1 算法仿真  36
    3.4.2 密钥空间分析  36-37
    3.4.3 密钥敏感性分析  37
    3.4.4 统计特性分析  37-38
    3.4.5 抗剪裁攻击分析  38-39
    3.4.6 抗破损能力分析  39
    3.4.7 抗干扰能力分析  39-40
    3.4.8 执行效率分析  40
  3.5 基于LDC与RSA算法的图像加密算法  40-43
    3.5.1 基于LDC与RSA算法的图像加密算法的描述  40-41
    3.5.2 基于LDC与RSA算法的图像加密算法的流程图  41
    3.5.3 基于LDC与RSA算法的图像加密算法的性能分析  41-43
4 基于改进的EBCOT算法的图像无损压缩技术  43-57
  4.1 图像压缩技术概述  43
  4.2 几种无损压缩变换的研究  43-47
    4.2.1 S+P变换  44-45
    4.2.2 整数DCT变换  45
    4.2.3 提升小波变换  45-47
  4.3 几种编码技术的研究  47-50
    4.3.1 行程(RLE)编码算法  47-48
    4.3.2 LZW编码算法  48
    4.3.3 Huffman编码算法  48-49
    4.3.4 算术编码算法  49-50
  4.4 图像无损压缩技术的对比研究  50-54
    4.4.1 EZW算法  50-51
    4.4.2 SPIHT算法  51-52
    4.4.3 EBCOT算法  52-54
  4.5 改进的EBCOT算法的无损压缩技术的实现  54-55
  4.6 算法的实验分析  55-57
5 总结与展望  57-59
  5.1 本文所作工作的总结  57-58
  5.2 图像加密技术进一步研究与展望  58-59
参考文献  59-65
附录(攻读硕士学位期间主要学术成果)  65-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 一般性问题 > 安全保密 > 加密与解密
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