基于混沌和置換-替代機(jī)制的數(shù)字圖像加密算法.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體數(shù)據(jù)，包括圖像，聲音和視頻越來(lái)越多的在網(wǎng)絡(luò)上共享或者以數(shù)字形式存儲(chǔ)在硬盤(pán)上。這些多媒體數(shù)據(jù)通常會(huì)涉及隱私或者跟經(jīng)濟(jì)掛鉤。所以，數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題引起社會(huì)大眾的注意。而加密技術(shù)是一種傳統(tǒng)且有效的解決問(wèn)題的方法。近年來(lái)基于混沌系統(tǒng)的加密方法已成為研究的熱點(diǎn)。本文提出的加密算法也是基于混沌系統(tǒng)而設(shè)計(jì)。本文的主要工作為第四章和第五章。
　　第四章提出一個(gè)基于廣義Arnold映射的置換—替代加密算法。我

2、們對(duì)圖像只進(jìn)行一輪置換和一輪替代就可以達(dá)到很好的加密效果。用廣義的Arnold映射來(lái)產(chǎn)生加密算法中置換以及替代時(shí)需要的混沌序列。在該加密算法中，置換和替代均是整行和整列進(jìn)行操作，而不是對(duì)單個(gè)像素進(jìn)行操作，從而達(dá)到提高加密算法效率的目的。在該加密算法，我們選用彩色圖像進(jìn)行加密。在加密之前首先對(duì)三維的圖像矩陣進(jìn)行預(yù)處理，將三維矩陣轉(zhuǎn)化成二維矩陣，利用廣義的Arnold映射產(chǎn)生混沌序列對(duì)之進(jìn)行置換與替代，然后將二維矩陣轉(zhuǎn)化成三維的彩色圖像矩陣

3、，實(shí)現(xiàn)彩色圖像的加密。論文還對(duì)該加密算法進(jìn)行了安全性能的測(cè)試分析，比如直方圖分析，相鄰像素相關(guān)性分析，信息熵分析，密鑰敏感性分析，差分攻擊分析等，以此來(lái)檢驗(yàn)算法是否能夠抵抗外來(lái)的非法攻擊。結(jié)果表明，該加密算法是一種簡(jiǎn)單而安全有效的加密算法。
　　第五章我們采用置換--替代的加密機(jī)制以及位平面分割的辦法，構(gòu)造一種有效的圖像加密算法。我們將256個(gè)灰度級(jí)的灰度明文圖像矩陣PI的8個(gè)位平面分割成兩部分，分別由高4位矩陣P1和第四位矩陣P