混沌在信息安全中的应用研究

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1、重庆大学博士学位论文混沌在信息安全中的应用研究姓名：陈永红申请学位级别：博士专业：控制理论与控制工程指导教师：黄席樾20050301中文摘要摘要混沌是非线性动力学系统所特有的一种运动形式它广泛的存在于自然界诸如物理化学生物学地质学以及技术科学社会科学等各个科学领域由于混沌具有特征确定性有界性对初值的极端敏感性长期不可预测性正的最大Lyapunov指数遍历性等它的应用也越来越广泛目前主要应用包括图像数据加密保密通信计算机图形处理信号处理和通信控制系统和优化等越来越多的领域和方向其中把混沌应用于信息安全中是近十几

2、年来引起了学者们的极大关注并已在信息安全领域获得了广泛的应用并取得了一些较好的结果本论文围绕混沌理论与信息安全的原理及其应用就一些诸如混沌在数字图像信息加密解密中的应用混沌系统的设计与实现混沌在数字图像水印和信息隐藏技术中的应用混沌同步控制技术及其在保密通信中的应用进行详细地研究与讨论本文的主要研究成果包括1提出了一种基于混沌的数字图像加密解密新算法该方法将混沌直接引入图像加密算法中真正的充分利用一种特殊混沌系统的简单性以及对初始条件极其敏感性的特性对以前图像加密解密算法进行了全面的改进本算法具有加密算法简单

3、速度快效果好和安全性高等特点2提出了一种广义分段线性映射的概念并对其进行改进与分析先给出了广泛意义上的一维分段线性混沌映射的定义和该混沌影射的特性然后设计了一种四分段非对称的混沌系统证明了其混沌性并利用实验详细地分析了所设计系统的特性最后将生成的混沌序列转换成0-1二进制混沌序列码结果表明输出的混沌序列码具有良好的自相关性和互相关性3提出了一些基于混沌的数字图像信息隐藏和水印算法提出了一种基于混沌映射和图像融合的数字隐藏技术用混沌映射结合图像融合将隐藏信息隐藏在载体图像的不同位置提高了隐藏的视觉效果保证了隐藏

4、信息的安全性提出了一种结合数字签名技术和混沌的水印系统在该方法中用混沌序列从原始图像中随机选取象素生成水印信号如不知混沌初始值就难得到水印信号再通过第三方数字签名认证系统签名认证而没把水印真正的嵌入到宿主图像中有很好的不可感知性保证水印系统的安全提出了基于混沌序列模运算的水印算法该方法利用一个特殊混沌映射生成的整数值混沌序列并通过混沌序列模运算决定二值水印信号的嵌入位置因此I重庆大学博士学位论文嵌入水印的位置具有随机性提高了数字水印安全性和抗进攻的能力简单地讨论了多重水印技术把多重数字水印用单一水印来对待应用

5、有关方法实现了三数字水印的嵌入较好利用了混沌的特性提高该方法的安全性但多重数字水印的嵌入提取算法本身就是比较复杂的和困难的仍然有许多问题有待探讨4提出了几种混沌系统同步的方法设计了一种混沌保密通信方案研究了一类广义Lorenz系统的同步方法这种系统是一系列的Lorenz混沌系统综合因此研究它具有很强代表性通过变量反馈控制方法实现了同步并由此推导出了统一Lorenz系统的同步实验结果表明用本方法可实现同步并在简化某些条件下也能实现同步研究了超混沌系统同步方法超混沌系统就是正的Lyapunov指数有一个以上的系统

6、它比通常混沌系统动力学行为更复杂通过反馈控制的方法得到解决这类系统一般的系统的同步控制方案而且可以用于诸如ChauCNN系统的同步控制中当然也可以用于通常混沌系统中研究了广义的混沌同步问题首先简单介绍什么是广义混沌同步然后用实例验证用Lorenz系统的输出信号去驱动两个Chau系统使得它们达到同步当然广义的混沌同步技术还需要更多的研究与探索其应用也将越来越广泛提出了一种新型的基于广义混沌同步的保密通信技术并引入了密钥函数比特调制解制等概念采用密钥函数生成充分复杂的信号隐藏秘密的信号采用辅助混沌系统使两端系统广

7、义同步系统分析表明该系统结构能保证安全的通信且可用于一类SGR的传输方式当然该方法还需要进一步的探讨研究其中包括密钥函数的选取系统安全性进一步分析实际应用等最后对全文的研究工作进行了总结并展望了混沌理论及在信息安全应用中进一步研究的课题关键词信息安全信息隐藏数字水印混沌控制混沌同步保密通信II英文摘要ABSTRACTChaostheorydealswithnonlineardynamicalsystemswithspecialproperties.Itiswidelyexistedinnaturalworld

8、.Itcanbefoundinsomescienceandtechnology,suchasphysical,chemical,biologicalphenomenonandalsocanbefoundinsocialsciences.Suchchaoticpropertiesasergodicity,sensitivedependenceoninitialconditions,positiveLy