基于多混沌的数字图像加密算法研究

论文摘要

数字图像是当今互联网时代人类交流和分享的重要载体,它往往包括很多个人隐私;在传输的时候必须要对它进行加密以防止被恶意使用。随着计算机科学与技术的基础理论发展与成熟,一方面,数字图像不再仅仅只以RGB颜色模型存储显示,而且还可以在不同的颜色模型下进行表达,例如有HSV颜色模型;另一方面,由于数字图像存在冗余度高、相关性强、数据量巨大的特性,所以传统的加密体系不再适用于加密数字图像,而近年兴起来的混沌理论与传统密码学进行深度融合形成了混沌密码学,它完善了传统图像加密算法的不足之处,在混沌密码学中的多混沌映射结构为数字图像提供有效安全的加密起着尤为重要的作用。因此,本文的目的是:研究基于多混沌映射的不同颜色模型数字图像的加密情况。首先,在RGB颜色模型下构建一个通用的多混沌数字图像加密算法,然后根据学习的混沌理论以及实践的经验,对该算法进行改进,其中就包含以下方面:利用整体的相加与取模运算代替局部的加和取模运算,从而对产生用于加密的随机序列的密码发生器进行改进,压缩运算时间提高效率的同时提供强随机性的加密序列;在扩散过程中,对明文图像的每一个分量加入上一个和下一个分量的一个密文像素点信息,使得明文任意分量的一个像素点的信息能够扩散到其他分量的全部像素点,这就能够增强扩散效果、从而提高加密后图像的安全性;根据超混沌系统Baker与置乱存在天然的相似,利用该混沌映射直接置乱图像像素点位置,提供更复杂的置乱结果,提高算法的整体安全性。另外,根据在HSV颜色模型下的数字图像的特征来修改算法参数,从而得到基于HSV颜色模型的多混沌数字图像加密算法,该算法给出了加密以浮点数形式表示像素点值的图像的解决方案;最后算法通过取模运算直接把密文图像的值转为RGB图像的灰度值,保留算法的良好加密效果上述产生的两个算法在统计特性、敏感性、雪崩效应、信息熵、密钥空间、时间复杂度测量出较为优良的数据值、同时贴近理论值,意味着对于暴力破解、差分攻击、选择明文或已知明文攻击、剪切攻击、噪声干扰、统计分析攻击等恶意攻击具有较高抵抗能力。另外,本文的两个算法各有侧重点,RGB颜色模型下的混沌图像加密算法加密速度更快一些,而HSV颜色模型下的混沌图像加密算法具有更低的密文直方图方差,抵抗统计攻击的能力更强一些。最后,与其他文献相比较,本文算法加密性能也具有一定的优势。总的来说,本文提出的算法具有良好的加密效果,而且通过调整参数即可用于其他颜色模型的数字图像加密,因此它也具有一定的通用性。这表明上述算法的开发潜力巨大,应用的前景广阔,具有一定的经济和社会价值。

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摘要

ABSTRACT

第一章绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外的研究状况

1.2.1 国外的研究状况

1.2.2 国内的研究状况

1.2.3 小结

1.3 本文主要研究内容

第二章混沌理论与颜色模型

2.1 混沌的定义

2.2 混沌的特性

2.3 混沌与密码学

2.4 混沌系统的判定

2.5 经典的混沌系统

2.5.1 混沌系统Henon

2.5.2 混沌系统Logistic

2.5.3 超混沌系统Baker

2.5.4 超混沌系统Lorenz

2.5.5 小结

2.6 颜色模型

2.6.1 RGB颜色模型

2.6.2 HSV颜色模型

2.7 小结

第三章基于RGB空间的多混沌数字图像加密算法

3.1 密码发生器

3.2 图像加密算法

3.3 图像解密算法

第四章基于HSV空间的多混沌数字图像加密算法

4.1 密码发生器

4.2 图像加密算法

4.3 图像解密算法

第五章仿真结果与实验分析

5.1 速度测试与时间复杂度分析

5.2 密钥空间

5.3 统计特性分析

5.3.1 直方图分析

5.3.2 相关系数

5.4 敏感性分析

5.4.1 密钥敏感性分析

5.4.2 明文敏感性分析

5.5 噪声和剪切攻击测试

5.6 信息熵

5.7 雪崩效应

5.8 序列随机性测试

5.9 小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高兆曦

导师: 谢国波,曾谁飞

关键词: 多混沌映射,数字图像,颜色模型,加密,随机序列

来源: 广东工业大学

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: 广东工业大学

分类号: TP309.7;TP391.41;O415.5

DOI: 10.27029/d.cnki.ggdgu.2019.001194

总页数: 89

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