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基于混沌的數(shù)字彩色圖像加密及軟硬件實(shí)現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間:2019-06-21 08:11
【摘要】:伴隨著因特網(wǎng)的日益普及,圖像、語音、視頻等多媒體數(shù)字化信息的交流己越來越具有開放性、自由性和國際性,從而出現(xiàn)了各種各樣的信息安全問題。對(duì)于數(shù)字圖像信息而言,由于其數(shù)據(jù)量大、冗余性高及相關(guān)性強(qiáng)等特點(diǎn),使得以往普通的加密方法并不適用。隨著對(duì)混沌理論研究的發(fā)展和深入,發(fā)現(xiàn)混沌理論與密碼學(xué)之間有著強(qiáng)烈的對(duì)應(yīng)關(guān)系,混沌密碼技術(shù)為數(shù)字圖像等多媒體信息的安全提供了新的解決方案。本文基于混沌系統(tǒng)所具有的類隨機(jī)性、寬頻譜、對(duì)初始狀態(tài)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的極端敏感性等一系列特性,考慮數(shù)字彩色圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)并結(jié)合密碼學(xué)的特性與要求,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于高維廣義超混沌貓映射的數(shù)字彩色圖像加密算法。該算法首先是對(duì)原始數(shù)字彩色圖像的R、G、B分量進(jìn)行編排處理,然后對(duì)處理后的圖像采用二維廣義貓映射置亂圖像像素位置和八維廣義貓映射擴(kuò)散像素值,交替進(jìn)行數(shù)輪置亂與擴(kuò)散過程后,再對(duì)圖像進(jìn)行拆分整合得到加密圖像。這種高維廣義貓映射存在兩個(gè)正的李指數(shù),屬于超混沌映射,能進(jìn)一步改善置亂和擴(kuò)散效果,再加上對(duì)數(shù)字彩色圖像的R、G、B分量的編排處理,大大提高了圖像加密的安全性。為了說明所設(shè)計(jì)的算法應(yīng)用于數(shù)字彩色圖像加密的性能,本文通過MATLAB軟件對(duì)圖像加解密算法進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)并對(duì)算法的密鑰空間、圖像的統(tǒng)計(jì)特性(包括直方圖和相鄰像素的相關(guān)性)及密鑰的雪崩效應(yīng)等進(jìn)行了測(cè)試和分析,驗(yàn)證了算法的可行性、安全性和保密性。本文利用芯片型號(hào)為TMS320DM6437的DSP開發(fā)平臺(tái),對(duì)數(shù)字彩色圖像的加解密算法進(jìn)行了相關(guān)的測(cè)試,給出了DSP硬件實(shí)現(xiàn)的結(jié)果及加解密所需的時(shí)間,驗(yàn)證了該算法的實(shí)用性和實(shí)時(shí)性。
[Abstract]:With the increasing popularity of the Internet, the exchange of multimedia digital information, such as image, voice, video and so on, has become more and more open, free and international, resulting in a variety of information security problems. For digital image information, because of its large amount of data, high redundancy and strong correlation, the previous ordinary encryption methods are not suitable. With the development and deepening of chaos theory, it is found that there is a strong corresponding relationship between chaos theory and cryptography. Chaotic cryptography provides a new solution for the security of multimedia information such as digital images. Based on a series of characteristics of chaotic system, such as randomness, wide spectrum, extreme sensitivity to initial state and structural parameters, considering the characteristics of digital color image data and combining with the characteristics and requirements of cryptography, a digital color image encryption algorithm based on high-dimensional generalized hyperchaotic cat mapping is designed and implemented in this paper. The algorithm first arranges and processes the R, G and B components of the original digital color image, and then uses two-dimensional generalized cat mapping to scramble the pixel position of the image and the eight-dimensional generalized cat mapping diffusion pixel value. After several rounds of scrambling and diffusion, the image is split and integrated to obtain the encrypted image. This kind of high-dimensional generalized cat map has two positive lie indices, which belong to hyperchaotic mapping, which can further improve the scrambling and diffusion effect. In addition, the arrangement and processing of R, G and B components of digital color image greatly improves the security of image encryption. In order to illustrate the performance of the designed algorithm in digital color image encryption, the image encryption and decryption algorithm is simulated by MATLAB software, and the key space of the algorithm, the statistical characteristics of the image (including the correlation between histogram and adjacent pixels) and the avalanche effect of the key are tested and analyzed, and the feasibility, security and confidentiality of the algorithm are verified. In this paper, the encryption and decryption algorithm of digital color image is tested by using the DSP development platform of chip model TMS320DM6437. The results of DSP hardware implementation and the time required for encryption and decryption are given, and the practicability and real-time performance of the algorithm are verified.
【學(xué)位授予單位】:廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2016
【分類號(hào)】:TP309.7

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本文編號(hào):2503923

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