混沌理論在圖像加密中的研究與應用.pdf

1、隨著信息技術的發(fā)展，尤其是信息存儲技術、傳輸技術、互聯(lián)網技術的迅猛發(fā)展，使得信息交互的安全性愈發(fā)重要。數(shù)字圖像加密技術，作為保護圖像信息的有效手段之一，近幾年來取得了長足的進步?；煦缋碚?、相對論與量子力學被列為二十世紀的最偉大發(fā)現(xiàn)，混沌理論具有對初始條件和控制參數(shù)的敏感性，偽隨機的軌道以及拓撲傳遞性。這些固有的性質使其可以應用于圖像加密中。因此，從上世紀末以來涌現(xiàn)出了大量的基于混沌理論的圖像加密算法，并取得了許多令人振奮的成果。然而，隨

2、著研究的逐步深入以及信息技術的不斷進步，曾被認為是安全性強和效率高的圖像加密算法，如今卻被證實為不安全、效率低，甚至是不可用的。如何結合最新的研究成果，通過深入細致地分析，設計出高效率、強安全性的混沌數(shù)字圖像加密算法成為亟待解決的問題。
　　本文對基于混沌理論的數(shù)字圖像加密的基礎作了簡要的論述，并結合已有基于混沌理論的數(shù)字圖像加密的研究成果，深入分析目前圖像加密算法，指出其中的不足并加以改進，并提出原創(chuàng)性的數(shù)字圖像加密算法。本論文

3、的研究工作和主要創(chuàng)新之處包括以下幾個方面:
　　(1)針對不同的需求，選擇適合的混沌圖像加密結構，本文對現(xiàn)有混沌圖像加密算法結構進行比較。首先詳細分析了現(xiàn)有混沌圖像加密的關鍵步驟，并對常用的評價指標進行詳細地說明。然后，對混沌圖像加密結構做深入且全面的比較實驗，通過實驗找出最優(yōu)的基于混沌理論的圖像加密結構。最后對加密結構的抗干擾能力進行了分析;
　　(2)為了增強密鑰的安全性，本文提出基于密鑰增強的混沌圖像加密算法。該算法與

4、傳統(tǒng)的加密算法相比較，并沒有增加余外的操作，可以保證算法的運行效率和合理的加密時間。通過與最新的研究成果比較，本文提出的混沌圖像加密算法對不同尺寸和類型的圖像均具有很好的加密效果。最后對加密算法的抗干擾能力進行了分析;
　　(3)混沌圖像加密算法的密碼分析與改進。利用密碼學分析理論，分析了由Ye提出的基于Logistic混沌映射的圖像加密算法。通過解不等式方程組，證明其算法中存在的缺陷，利用該缺陷，設計實驗成功地破解加密算法。并根

5、據上述算法的設計缺點，提出了兩種改進原算法缺陷的算法;
　　(4)為了防止對加密后的圖像進行惡意地篡改，本文提出了一種基于可逆整數(shù)變換的混沌圖像加密算法及其認證算法。該算法首先利用可逆整數(shù)變換將明文圖像分成高頻部分和低頻部分，使用混沌圖像加密方法對低頻部分進行加密，利用直方圖修改的方法將水印信息嵌入高頻部分，并通過整數(shù)變換的逆變換得到嵌入水印的加密圖像。通過對算法的水印結果分析，驗證算法的嵌入率和峰值信噪比的效果。針對該算法沒有有

6、效地加密明文輪廓信息的問題，提出了相應的改進算法，并有效地加密了明文信息。最后對水印算法的抗干擾和抗攻擊的能力進行了分析;
　　(5)提出一種新的DNA編碼約束條件，并用于設計基于DNA編碼的混沌圖像加密算法。對現(xiàn)有的基于Hamming距離組合約束條件的DNA編碼組合約束條件進行分析比較，通過實驗結果確定最優(yōu)的基于Hamming距離的DNA編碼組合約束條件。最后，利用最優(yōu)的DNA編碼約束條件，設計了基于DNA編碼的混沌圖像加密算法