基于混沌理论的图像加密算法研究

论文摘要

近年来,随着互联网技术和数字图像技术的发展,数字图像安全问题迅速成为了研究热点。由于数字图像具有信息量大、相关性高以及冗余度强等特点,一些传统的加密算法并不能很好的对其进行加密。因此,本文在传统图像加密算法的基础上,提出了以下两种改进加密算法:1)基于传统的约瑟夫遍历映射与Logistic混沌系统,设计了一种改进的图像加密算法。算法在传统约瑟夫遍历的基础上增加了约瑟夫遍历映射的随机报数位置和随机报数间隔,以使约瑟夫遍历映射的置换变数增加。为了使加密过程中产生的中间控制参数与待加密图像相关,加入了三维Logistic混沌映射,并结合待加密图像的MD5值来生成三维Logistic混沌映射的初始参数。针对目前算法中的置换操作与扩散操作的耦合度较低,利用改进的约瑟夫遍历映射对不同方向的比特位像素进行置换,并与其邻域像素值进行扩散,使其不仅可以改变待加密图像的比特位像素值的位置,并能够改变像素值的大小,从而将置换操作与扩散操作很好的耦合在一起。2)在改进的约瑟夫遍历映射的基础上,提出了一种基于双混沌映射与投影分割的图像加密算法。算法利用PWLCM混沌映射产生改进的约瑟夫遍历映射的中间加密参数,对图像进行置乱。针对传统的分块加密扩散算法的安全性较低,提出了随机投影的扩散算法,将图像随机分成多个重叠块,对于每一块,将其划分为一组投影线,借助Lorenz混沌系统产生中间密钥序列数据池,利用随机投影序列与中间密钥数据池中选择的序列进行异或操作来完成数据加密。通过直方图,密钥空间,抗差分攻击分析,相关性分析以及信息熵分析等对本文改进的算法进行安全性分析表明,本文设计的算法具有较好的加密效果,并可以很好的抵抗差分攻击分析,在图像加密应用中具有良好的发展前景。图[14]表[8]参[65]

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第1章绪论

1.1. 课题选题背景

1.2. 国内外研究现状与发展趋势

1.3. 论文主要内容安排及组织结构

第2章混沌理论与密码学基础

2.1. 混沌理论

2.1.1. 混沌定义

2.1.2. 混沌系统的基本特性

2.1.3. 混沌的判定标准

2.2. 密码学

2.2.1. 密码学的基本概念

2.2.2. 密码系体制的分类

2.2.3. 密码学中的分析方法

2.3. 图像加密技术

2.3.1. 传统的图像加密技术

2.3.2. 几种常见的混沌系统

2.3.3. 基于混沌理论的图像加密效果的判别标准

2.4. 本章小结

第3章基于约瑟夫遍历映射的图像加密算法

3.1. 约瑟夫遍历映射

3.2. 改进的约瑟夫遍历算法

3.3. 基于改进的Joseph遍历算法和Logistic映射的图像加密算法

3.3.1. 加密过程

3.3.2. 解密过程

3.4. 实验结果分析

3.4.1. 仿真结果

3.4.2. 直方图分析

3.4.3. 密钥空间分析

3.4.4. 差分攻击分析

3.4.5. 相关性分析

3.4.6. 信息熵分析

3.5. 本章小结

第4章基于双混沌系统与投影分割的图像加密算法

4.1. 投影分割

4.2. 图像置乱与扩散策略

4.2.1. 图像置乱策略

4.2.2. 图像扩散策略

4.3. 基于双混沌系统与投影分割的图像加密算法

4.3.1. 加密过程

4.3.2. 解密过程

4.4. 实验

4.4.1. 仿真结果

4.4.2. 直方图分析

4.4.3. 密钥空间分析

4.4.4. 差分攻击分析

4.4.5. 相关性分析

4.4.6. 信息熵分析

4.5. 本章小结

第5章总结与展望

5.1. 论文总结

5.2. 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马欣

导师: 周孟然

关键词: 约瑟夫遍历映射,混沌系统,投影分割,双混沌,图像加密

来源: 安徽理工大学

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: 安徽理工大学

分类号: TP309.7;O415.5

总页数: 64

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