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基于混沌理论的若干数字图像加密算法研究

作　者: 李鹏
导　师: 田东平
学　校: 西安邮电学院
专　业: 信号与信息处理
关键词: 混沌序列数字图像图像加密图像隐藏像素置乱灰度值置换
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 248次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在信息时代的今天,随着互联网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,与此同时也带来了信息的安全问题。如何维护信息安全,尤其是图像信息安全,已经成为国际上研究的热点问题之一。图像加密技术是实现图像信息保护的一种有效方法。混沌现象由美国气象学家洛伦兹(Lorenz)于1963年首先发现。由于混沌系统具有伪随机性、确定性以及对初始条件的极端敏感性的特性,因此将混沌系统与加密技术相结合,可以得到安全性很高的图像加密算法,也可以构造出非常好的加密系统。本文的主要研究工作是基于混沌理论的数字图像加密技术。首先,本文研究混沌的基本理论,包括混沌的概念、混沌理论的形成及其发展,混沌系统的判定和描述方法,重点介绍通过Lyapunov指数来判定混沌系统的方法。然后本文系统研究了几种典型的图像加密算法,包括Arnold变换加密,混沌镜像加密,幻方加密以及CKBA加密算法等,接着从混沌序列的产生、幻方矩阵的生成以及引入扩散函数等方面对以上加密算法进行了改进,并应用图像加密评价指标对实验结果进行分析、并与原算法进行详细比较。仿真结果表明,改进后的算法更加具有较高的安全性,加密效果较好。在上述研究工作的基础上,本文总结了增强图像加密算法安全性的改进方案,重点提出了几种新的基于混沌的数字图像加密和隐藏算法,包括利用超混沌序列加密,如Hyperhenon超混沌序列,数字图像的频域内加密,对图像进行多种算法的复合加密,以及图像时域和频域内的复合加密。实验结果表明,本文提出的这几种算法安全性和加密效果良好,可以有效抵抗已知明文攻击。最后,本文对其他图像加密算法也进行了初步的分析。本论文得到了《陕西省2004年自然科学基础研究计划》(项目编号:2004A15),陕西省教育厅专项科研计划项目(No.06JK193)的资助。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 选题的意义  9
  1.2 信息安全技术发展现状  9-11
  1.3 混沌研究的历史回顾  11-12
  1.4 数字图像保护技术简介  12-15
    1.4.1 数字图像加密技术  12-14
    1.4.2 数字图像隐藏技术  14-15
  1.5 混沌在其它领域的应用  15-16
  1.6 本文的主要工作及内容安排  16-18
第2章混沌的基本理论  18-26
  2.1 混沌的概念  18-20
    2.1.1 混沌的定义  18-19
    2.1.2 混沌的特征  19-20
  2.2 混沌的特征量  20-22
    2.2.1 李雅普诺夫(Lyapunov)指数  20-21
    2.2.2 分数维数  21-22
    2.2.3 柯尔莫哥洛夫（Kolmogorov）熵  22
  2.3 混沌系统举例  22-25
    2.3.1 常见混沌系统及仿真结果  22-24
    2.3.2 其它混沌系统举例  24-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章常见数字图像加密算法及其改进方式  26-46
  3.1 引言  26
  3.2 密码系统的基本要求  26-27
  3.3 数字图像加密的基本原理  27-28
  3.3 图像加密算法的性能评价  28-29
  3.4 混沌序列的数字特征  29-31
  3.5 基于Arnold 变换的图像加密算法  31-33
    3.5.1 Arnold 变换的定义  31-32
    3.5.2 Arnold 变换的实验结果及分析  32-33
  3.6 混沌镜像加密算法  33-35
    3.6.1 算法描述  33-34
    3.6.2 实验结果及分析  34-35
  3.7 改进的混沌镜像加密算法  35-36
    3.7.1 幻方加密算法  35
    3.7.2 算法描述  35
    3.7.3 实验结果及分析  35-36
  3.8 基于混沌的数字图像加密算法  36-45
    3.8.1 基于混沌的图像像素置乱算法  36-38
    3.8.2 改进的图像像素置乱算法  38-40
    3.8.3 基于混沌的图像像素置换算法  40-44
    3.8.4 基于混沌的像素置换算法与CKBA 算法的比较分析  44-45
  3.9 本章小结  45-46
第4章改进的混沌图像加密算法  46-66
  4.1 引言  46
  4.2 增强图像加密安全性的改进方案  46-47
  4.3 混沌图像加密算法  47-54
    4.3.1 基于Hyperhenon 映射的数字图像DCT 域加密技术  47-50
    4.3.2 基于超混沌序列的数字图像加密算法  50-54
  4.4 混沌图像隐藏算法  54-64
    4.4.1 基于混沌序列的数字图像隐藏技术  55-60
    4.4.2 基于位运算和混沌序列的数字图像隐藏技术  60-64
  4.5 其他的数字图像加密算法  64-65
  4.6 本章小结  65-66
第5章结论与展望  66-68
  5.1 本文总结  66-67
  5.2 下一步工作展望  67-68
参考文献  68-73
攻读学位期间取得的研究成果  73-74
致谢  74

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