基于混沌的數(shù)字圖像加密算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、分類號(hào)：UDC：密級(jí)：學(xué)校代號(hào)：11845學(xué)號(hào)：2111305092廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文(工程碩士)基于混沌的數(shù)字圖像加密算法研究與實(shí)現(xiàn)丁煜明校內(nèi)導(dǎo)師姓名、職稱：校外導(dǎo)師姓名、職稱：學(xué)科(專業(yè))或領(lǐng)域名稱：學(xué)生所屬學(xué)院：論文答辯日期：進(jìn)國遮熬握趙選強(qiáng)直縫工猩短過篡扭堇薟讓篡狃堂隨三Q二盍生五旦摘要摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也變得日益廣泛，人類社會(huì)也隨之進(jìn)入到了一個(gè)高度信息化的時(shí)代。數(shù)字圖像作為信息的一種重要

2、載體，相比于傳統(tǒng)的文字、音頻等，因其具有生動(dòng)、直觀、形象的特點(diǎn)而越來越受到人們的青睞。然而由于數(shù)字圖像具有數(shù)據(jù)量大，低信息熵、相鄰像素之間相關(guān)性高以及原始數(shù)據(jù)圖像存在大量冗余等缺點(diǎn)，傳統(tǒng)的加密方法如AES、DEC和RSA等已不適合用于對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行加密。因此，研究和開發(fā)出更加安全和高效的數(shù)字圖像加密算法己成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題?；煦缦到y(tǒng)是一種確定性非線性系統(tǒng)，其具有的對(duì)初始條件的高度敏感性、遍歷性、內(nèi)隨機(jī)性以及控制參數(shù)等特

3、點(diǎn)與密碼學(xué)的擴(kuò)散、加密輪次、偽隨機(jī)信號(hào)以及密鑰等概念具有異曲同工之妙，所以隨著混沌密碼學(xué)的發(fā)展，基于混沌理論的數(shù)字圖像加密算法受到了廣泛的關(guān)注。本文主要研究基于混沌理論的數(shù)字圖像加密算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。首先，簡要論述了現(xiàn)代密碼學(xué)和混沌理論基礎(chǔ)，分析了基于混沌理論的數(shù)字圖像加密算法研究的現(xiàn)狀，闡述了混沌理論和密碼學(xué)之間的關(guān)系。其次對(duì)幾種常見的典型混沌系統(tǒng)作了扼要的概述，并參照Lorenz系統(tǒng)和Chela系統(tǒng)在構(gòu)建時(shí)只要引入不同的非線性項(xiàng)就能

4、產(chǎn)生不同的混沌序列的特點(diǎn)，構(gòu)建了一個(gè)新的三維自治混沌系統(tǒng)，并從不同方面對(duì)它的混沌特性進(jìn)行了驗(yàn)證。接下來針對(duì)Arnold變換的周期性導(dǎo)致其在圖像加密算法應(yīng)用中受到一定程度的局限問題，將Logistic映射迭代的次數(shù)與圖像像素點(diǎn)灰度值聯(lián)系起來，以此來獲得Arnold變換的控制參數(shù)，并在每次置亂后通過像素點(diǎn)的交換來改變Logistic映射的迭代次數(shù)，進(jìn)而使得每次進(jìn)行Arnold變換的控制參數(shù)都不同，從而達(dá)到避免Arnold變化的周期性問題，同

5、時(shí)也增強(qiáng)了置亂和擴(kuò)散兩個(gè)操作之間的關(guān)聯(lián)性。最后，基于新的三維混沌系統(tǒng)、DNA序列以及安全散列算法SHA一256，提出了一種新型的彩色圖像加密算法，該算法利用SHA256計(jì)算出彩色圖像像素點(diǎn)的哈希值來作為一次一密的密鑰和產(chǎn)生新混沌序列的初始值，在擴(kuò)散階段使用三個(gè)混沌序列對(duì)圖像的R、G、B分量分別進(jìn)行灰度值替代，在置亂階段使用DNA序列的加法代數(shù)運(yùn)算來對(duì)圖像的R、G、B分量的灰度值進(jìn)行位置置亂，然后利用DNA序列解碼規(guī)則對(duì)置亂后的三個(gè)分量進(jìn)