隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)的發(fā)展,各類多媒體數(shù)據(jù)總量呈現(xiàn)出爆炸式的增長,云服務(wù)器中存儲、處理的多媒體數(shù)據(jù)也呈指數(shù)增加。然而,由于云平臺的開放性,導(dǎo)致以生動直觀為特點的數(shù)字圖像極易遭受監(jiān)聽、竊取、攔截、篡改、偽造等各種攻擊。因此,數(shù)字圖像在云端傳輸和存儲過程中的安全問題迫在眉睫。而保護數(shù)字圖像免遭侵害的重要手段之一便是對信息進行加密處理。目前,如何保證數(shù)字圖像在云平臺中的安全已經(jīng)成為密碼學(xué)領(lǐng)域中重要的研究課題�；煦缦到y(tǒng)是對初始值和控制參數(shù)高度敏感并且能產(chǎn)生偽隨機序列的一種確定性系統(tǒng)�；煦缦到y(tǒng)具有的內(nèi)隨機性、初始值和參數(shù)敏感性、良好的遍歷性等特性與密碼學(xué)有著天然的聯(lián)系。脫氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid,DNA）序列具有強大數(shù)據(jù)存儲能力和計算能力,與混沌系統(tǒng)結(jié)合能提高密碼系統(tǒng)的安全性。本文針對云存儲環(huán)境下的圖像安全保護開展研究,基于混沌系統(tǒng)和DNA計算提出兩種數(shù)字圖像加密算法,并從可用性和安全性兩個角度分析算法的實際性能。主要工作和研究內(nèi)容如下:（1）提出一種基于新型非線性混沌映射（New Nonlinear Chaotic Algorithm,NCA）的耦合映像格子... 

【文章來源】：河南大學(xué)河南省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

對稱密碼加密技術(shù)

2數(shù)字圖像加密相關(guān)知識72數(shù)字圖像加密相關(guān)知識2.1密碼學(xué)基礎(chǔ)知識密碼學(xué)[51]（Cryptology）是一門十分古老的學(xué)科，早在幾千年前就已經(jīng)產(chǎn)生。最早可以追溯到公元400年前，斯巴達人發(fā)明了“塞塔式密碼”，用以將文字信息進行加密。早期古典密碼學(xué)可以認為是一門藝術(shù)而并非科學(xué)。1949年后，密碼學(xué)成為科學(xué)的分支，人們開始對密碼學(xué)進行深入的推理和證明�，F(xiàn)代密碼學(xué)由密碼編碼學(xué)（Cryptography）和密碼分析學(xué)（Cryptanalysis）所組成，其中密碼編碼學(xué)是研究密碼編制的科學(xué)，密碼分析學(xué)是研究密碼破譯的科學(xué)[52]。密碼學(xué)是信息安全的核心技術(shù)，主要利用數(shù)學(xué)代數(shù)知識并結(jié)合計算機科學(xué)、電子通信等諸多學(xué)科。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，密碼學(xué)也融合量子力學(xué)、生物學(xué)、金融等眾多領(lǐng)域并被廣泛地應(yīng)用于各類信息保護。密碼學(xué)按加密體制可分為對稱密碼體制和非對稱密碼體制。對稱密碼體制也稱為私鑰密碼體制，該體制中的加密過程和解密過程所使用的密鑰相同，其典型算法包括DES、AES、IDEA等。非對稱密碼體制也稱作公鑰密碼體制，該體制與對稱密鑰體制不同的是擁有兩個不同的密鑰（即公鑰和私鑰），其代表性算法有RSA、SM2和Elgamal等。對稱密碼體制和非對稱密碼體制的加解密流程分別如圖2-1和2-2所示。圖2-1對稱密碼加密技術(shù)圖2-2非對稱密碼加密技術(shù)加密過程可以統(tǒng)一表示為：K1CEP，（2-1）式中，P表示明文，也就是需要加密的原始信息。C表示得到的密文。字母K1表示加密

2數(shù)字圖像加密相關(guān)知識9行替換，且一個像素值改變會影響其他像素值，使不同位置發(fā)生耦合。目前，為了提升圖像加密算法的安全性，大多數(shù)算法均使用置亂和擴散相結(jié)合的方式設(shè)計數(shù)字圖像的加密過程。頻域的數(shù)字圖像加密方式是利用信號空域到頻域的轉(zhuǎn)換技術(shù)[54]，如離散傅里葉變換（DiscreteFourierTransform，DFT），離散余弦變換（DiscreteCosineTransform，DCT），離散小波變換（DiscreteWaveletTransform，DWT）等，將圖像由空域信號轉(zhuǎn)化為頻域信號，然后對系數(shù)和子帶進行置亂或者擴散處理，最終通過逆變換獲取密文圖像，如圖2-4所示。頻域加密方法優(yōu)勢在于頻域空間比較穩(wěn)健且抗干擾性好，能打破密文圖像不可再壓縮的局限，同時具有較高的加密效率。圖2-3圖像的空域加密方法圖2-4圖像的頻域加密方法2.3混沌加密技術(shù)混沌系統(tǒng)是一個對初始值和初始參數(shù)敏感并且能產(chǎn)生出偽隨機序列的確定性系統(tǒng)�；煦缦到y(tǒng)具有內(nèi)隨機性、初始值和參數(shù)敏感性、良好的遍歷性、快速衰減的自相關(guān)性等優(yōu)良特性，特別適合用于圖像加密[55]�；诨煦缦到y(tǒng)的基本加密框架包括混沌序列生成、像素位置置亂、像素值替換和擴散，混沌系統(tǒng)的加密模型如圖2-5所示。另外，根據(jù)對數(shù)字圖像的操作也可以大致劃分為三種，即置亂、擴散、置亂和擴散結(jié)合。目前，常見的混沌序列置亂圖像的方法是混沌序列按照降序或者升序排列保存變換前的位置索引，按照索引改變圖像各個像素的位置。擴散方法是使用特定的可逆的運算方式，將混沌序列作用于圖像達到改變像素值的效果�；煦缂用芟到y(tǒng)的性能可以通過密鑰空間、密鑰敏感度、直方圖均勻性、像素相關(guān)性、信息熵、抗攻擊能力、魯棒性等諸多方面來衡量。具體來說，一個良好的混沌加密算法


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