基于混沌系统和压缩感知的图像压缩加密算法

论文摘要

万物互联正成为信息化发展的标志,数字图像作为一种重要的信息载体,在消息传递中发挥着关键的作用。图像在存储或传输的过程中可能会被非法用户窃取,而导致图像中包含的信息泄漏。同时,与传统的文本信息相比,数字图像包含的数据量更大,这对存储资源和带宽的要求很高。因此,在图像存储或传输的过程中降低图像的数据量并确保其安全受到了极大的关注。本文在混沌系统和压缩感知的基础上,设计并实现了两种图像压缩加密算法。主要研究工作如下:基于安全散列算法和混沌系统提出了一种图像压缩加密方案。在加密过程中,首先使用Arnold变换对图像像素进行置乱,以降低图像压缩过程中的块效应。然后利用压缩感知技术对图像进行加密和压缩,减少所传输的数据量。混沌系统控制的异或操作和像素坐标置乱方法分别被用于改变图像像素的灰度值和位置,使像素无规则且均匀分布。此外,为了进一步提高算法的安全性,将原始图像的统计信息作为SHA-256的输入,以获得256位的二进制序列,并使用该序列计算混沌系统的初始值。实验结果表明该方案安全有效,能抵御统计分析攻击、噪声攻击等常见攻击。结合DNA序列操作和RSA算法设计了一种光学图像压缩加密算法。在实验仿真中,使用Walsh-Hadamard变换和测量矩阵模拟单像素相机的采样过程,获取图像的测量值。为了降低图像相邻像素间的相关性,采用基于混沌系统的像素置乱方法对像素进行重新排列。其次,对置乱后的图像执行DNA序列操作,改变图像的像素值,得到最终的加密图像。除此之外,三个初始输入值和原始图像的像素值被用于计算算法中使用的密钥,以灵活地控制密钥生成。对算法进行了多方面的性能分析,分析结果验证了该算法的有效性和较高的安全性。

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摘要

ABSTRACT

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 图像加密技术国内外研究现状

1.2.1 基于混沌系统的图像加密技术

1.2.2 图像压缩技术

1.3 主要工作及章节安排

第2章图像压缩加密基础

2.1 Arnold变换

2.2 离散小波变换

2.3 Walsh-Hadamard变换

2.4 常用混沌系统

2.5 压缩感知

2.6 安全散列算法

2.7 RSA算法

2.8 DNA序列操作

2.8.1 DNA编码解码方法

2.8.2 DNA序列加法和减法运算

2.8.3 DNA互补规则

2.9 本章小结

第3章基于安全散列算法和混沌系统的图像压缩加密算法

3.1 基于SHA-256 和混沌系统的图像压缩加密算法

3.2 实验仿真结果

3.3 算法的性能分析

3.3.1 直方图分析

3.3.2 像素间相关性分析

3.3.3 压缩性能分析

3.3.4 雪崩效应分析

3.3.5 信息熵分析

3.3.6 密钥敏感性分析

3.3.7 密钥空间分析

3.3.8 选择明文攻击分析

3.3.9 抗噪声攻击和裁剪攻击分析

3.4 本章小结

第4章基于DNA序列操作和RSA算法的光学图像压缩加密算法

4.1 单像素数码相机

4.2 基于DNA序列操作和RSA算法的光学图像压缩加密算法

4.3 实验仿真结果

4.4 算法的性能分析

4.4.1 直方图分析

4.4.2 相邻像素间相关性分析

4.4.3 压缩性能分析

4.4.4 雪崩效应分析

4.4.5 信息熵分析

4.4.6 密钥敏感性分析

4.4.7 密钥空间分析

4.4.8 选择明文攻击分析

4.4.9 鲁棒性分析

4.5 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: 邱凯德

导师: 龚黎华,曾宾阳

关键词: 安全散列算法,压缩感知,混沌系统,序列操作,算法

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

单位: 南昌大学

分类号: O415.5;TP309.7

DOI: 10.27232/d.cnki.gnchu.2019.000333

总页数: 58

文件大小: 4626K

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