基于混沌理论的数字图像加密算法研究.pdf

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1、ResearchondigitalimageencryptionalgorithmbasedonchaostheoryADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringByWangChunlinSupervisor：Prof．WuXiangjunMay,2014洲IIIIIIIIIIIIIIIUIY2543245关于学位论文独创声明和学术诚信承诺本人向河南大学提出硕士学位中请。本人郑重

2、声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。学位中请人(学位论文作者)签名：互若煤2014毒-了月jz卜日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南

3、大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文(纸质文本和电子文本)以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、扫描jf口拷贝等复制手段保存、汇编学位论文(纸质文本和电子文本)。(涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书)学位获得者(学位论文作者)签名：磷i株20l斗年钥J午日学位论文指导教师签名：亟姻缉2。1午年岁月帅摘要Intemet、多媒体处理和云计算技术的快速发展，极大的方便了人们通过网络传输大量的音频、视频、图像等多媒体信息，但多媒体信息的安全传输和保密性问题日益凸显。数字图像具有信息量大

4、、冗余度高、相关性强等特点，许多性能良好的文本数据加密算法，如DES、AES、RSA，并不适用于数字图像的加密。为有效保护数字图像信息，基于数字图像自身特点，人们设计了许多加密方案。而将混沌理论引入到图像信息加密中受到了学术界的广泛关注。混沌系统具有对初始条件及参数的极端敏感性、伪随机性、不可预测性等优良特性，使得它非常适合于信息加密。近年来，国内外学者提出了许多基于混沌理论的图像加密算法，但这些图像加密方案存在着密钥空间小、安全性弱等缺陷，且绝大部分采用的是整数阶混沌系统。迸一步的研究发现，分数阶混沌系统比整数阶混沌系统表现出了更为复杂的动力学特性，除具有整数阶混沌系统的优点外，还能够

5、反映系统的历史信息、具有极强的历史记忆能力等。而且，现有的整数阶混沌系统的分析和预测算法对分数阶混沌系统不再有效。因此，研究基于分数阶混沌的数字图像加密算法具有重要的理论意义和实际应用价值。本文采用算法设计和仿真实验相结合的方法，基于分数阶混沌系统和超混沌系统、利用图像分块、图像像素位置置乱和密文交错扩散技术，设计了快速安全的数字图像加密算法，并详细分析了所设计加密算法的安全性与效率。本文主要工作如下：利用超混沌系统和分数阶混沌系统，提出了一种数字图像加密方案。该算法首先利用超混沌系统生成置乱矩阵，并利用该置乱矩阵对明文图像的像素位置进行置乱处理。然后，引入基色分量之间的密文交错扩散技术

6、，利用分数阶混沌密钥改变图像像素值。该算法不但有效降低了明文图像相邻像素的相关系数，还使密文图像具有较强的抗统计攻击的能力。基于分数阶混沌系统和奇偶交错扩散技术，设计了一种数字图像加密算法。该算法依据某种映射运算对明文图像的像素位置进行置乱处理，并在扩散过程中对每个基色分量数组实行两轮往返相问与奇偶交错的扩散操作。实验结果表明，所设计算法具有加解密效果好、安全性能高等优点，并在抵抗唯密文攻击、差分攻击等方面表现突出。提出了一种基于图像块置乱及扩散的混沌加密算法。首先，将明文图像分成若干子块，并利用Logistic系统生成的随机整数序列置乱各子块。然后，将置乱图像的每个基色分量均分成前后两

7、个子块，利用优化改进的混沌序列以并行方式对每个基色分量的两子块进行两轮像素值的改变及扩散处理。实验仿真表明，所设计算法具有加解密效果好、安全性能高、加密速度快等优点。关键词：图像加密，分数阶混沌系统，图像置乱，密文交错扩散，性能分析IIABSTRACTWiththerapiddevelopmentoftheIntemet，multimediaandcloudcomputingtechnologies，agreatdealofmult