基于混沌的数字图像加密算法研究

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1、基于混沌的数字图像加密算法研究ResearchonDigitalImageEncryptionAlgorithmBasedonChaoticTechnology领域：控制工程研究生：孟博指导教师：吕伟杰副教授企业导师：高南珪高级工程师天津大学电气与自动化工程学院二零一七年十一月摘要随着信息技术网络时代的潮流发展，网络信道中多媒体信息的安全性受到各方面的挑战，数字图像作为人们日常生活中常用表达方式，数字图像安全成为焦点关注问题，各种加密手段得到发展进步。混沌理论作为近年来的伟大发现，其高敏感性、伪随

2、机轨道特点为密码学的结合提供了可能性，本文结合现阶段数字图像加密的发展现状，根据现有的先验混沌模型，分析了一维到高维的混沌轨迹特性，针对混沌理论和加密算法做了以下工作：1、首先阐述了密码学与混沌理论各自的理论基础，介绍了混沌的特性以及工程判定准则，并着重分析了常用的几种一维至高维混沌模型，给出了图像加密的指标分析。2、其次提出一种基于复合混沌和DNA序列编码的图像加密算法，针对一维混沌映射控制参数变化范围不连续、混沌序列分布不均匀等缺陷，给出了复合混沌改进方案，作了详细的映射分岔图以及Lyapun

3、ov指数分析；并引用了DNA序列编码计算方法，提出了改进的加密方法，设计了基于复合混沌及DNA异或计算的加密反馈机制。通过实验表明提出的算法加密效果良好，扩充了密钥空间，加大攻击破译难度，并客观上从各种指标分析验证了算法具有很好的抗攻击能力。3、最后提出一种基于超混沌系统的ART加密改进算法，文中详细阐述了二维相位掩膜Arnold系统置乱加密的模型，针对ART加密所表现出的加密效果和效率均欠佳以及不适于非方形图像加密的缺陷，本文引入了超混沌Lorenz系统进行改进，结合ART置乱的加密特点以及超混

4、沌序列均匀分布的特征，采用分块加密方式和置乱扩散的加密思想。通过各方面的仿真实验分析表明，改进算法有着很好的统计特性和加密效果。关键字：混沌理论，DNA编码，ART加密，图像加密IABSTRACTWiththedevelopmentofinformationtechnology,thenetworkchannelsecurityinthemultimediainformationisfacedwithallaspectsofchallenge.Digitalimageisacommonexpres

5、sionusedinpeople'sdailylife,anditsencryptionbecomesthefocusproblem.Allkindsofencryptionalgorithmmakegreatprogress.Chaostheoryisagreatdiscoveryinrecentyears,whosehighsensitivityandpseudorandomorbitcharacteristicsprovidethepossibilityforcombinationofcry

6、ptography.Basedonthepresentdevelopmentstatusofdigitalimageencryptionandexistingpriorchaosmodel,thethesisanalyzesthecharacteristicsofonedimensiontohighdimensionalchaotictrajectoryanddoesthefollowingwork.Atfirst,thethesisexpoundsthecryptographyandchaost

7、heorytotheirrespectivetheoreticalfoundation,andintroducesthecharacteristicofchaosandengineeringcriterion.Itanalyzesthecommonlyusedseveralkindsofone-dimensionaltohigh-dimensionalchaosmodel,andgivestheindexanalysisofimageencryption.Secondly,weputforward

8、anovelimageencryptionalgorithmbasedoncompoundchaoticsystemandDeoxyribonucleicAcid(DNA)sequencecoding.Duetothefactthatone-dimensionalchaoticmaphasdefectsofdiscontinuecontrolparameterrangeandunevendistributionofchaoticsequence,thethesisgivesthec