【摘要】：在互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)時代,基于混沌的數(shù)字圖像加密算法研究已成為當(dāng)前信息安全領(lǐng)域的研究熱點之一。數(shù)字圖像相對于傳統(tǒng)文本數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、冗余度高等特點,傳統(tǒng)的DES、AES和RSA等方法難以滿足數(shù)字圖像加密的要求。混沌因其初值敏感性和內(nèi)在隨機(jī)性與密碼學(xué)的混淆、擴(kuò)散概念非常吻合,混沌圖像加密研究因此得到迅猛發(fā)展。本文主要針對混沌圖像加密開展以下研究工作:針對密匙對明文圖像的依賴性,提出一種基于位平面和改進(jìn)Logistic映射的圖像加密算法。該算法將經(jīng)過置亂的明文圖像的低4位Bit位矩陣作為改進(jìn)Logistic映射的控制參數(shù),增強密匙對明文圖像的依賴性,具有顯著的一次一密特性。并針對蘊含的圖像信息量不同的Bit位,設(shè)計了不同強度的加密算法,提高算法的效率。針對圖像加密的擴(kuò)散方式,提出一種基于超混沌系統(tǒng)和分塊求模的圖像加密算法。該算法利用超混沌系統(tǒng)迭代生成混沌序列,圍繞加密像素分割出隨機(jī)大小的圖像塊,對塊內(nèi)像素值進(jìn)行整體求模運算,得到加密后像素灰度值,有效擴(kuò)大了擴(kuò)散范圍、增強了擴(kuò)散的隨機(jī)性。針對圖像加密系統(tǒng)中混沌系統(tǒng)的選擇與構(gòu)建,提出一種基于高階jerk系統(tǒng)的多方向多渦卷(Multiple-direction Multi-scroll,MDMS)混沌吸引子的混沌系統(tǒng)參數(shù)化模型。并通過平衡點、李雅普諾夫指數(shù)分析及MATLAB數(shù)值仿真,論證了該混沌系統(tǒng)的動力學(xué)特性,并給出確定系統(tǒng)參數(shù)的有效方法。最后利用飽和函數(shù)確定的6階4D網(wǎng)格混沌系統(tǒng),設(shè)計了一種圖像加密算法,驗證了該混沌參數(shù)化模型在保密通信領(lǐng)域中應(yīng)用的可行性和安全性。
【圖文】：

1.2 基于混沌系統(tǒng)的圖像加密研究現(xiàn)狀 圖像加密是在密碼學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，繼承了密碼學(xué)的加密/解密基本結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。由于加密對象—數(shù)字圖像—的獨特的數(shù)據(jù)特征對加密算法和評價標(biāo)準(zhǔn)提出了新的要求。數(shù)字圖像可定義為一個二維函數(shù)f x ,y ，其中x ,y是空間坐標(biāo)，f是坐標(biāo) x ,y 處的強度，且x , y ,f都是有限的離散數(shù)值。由此定義可得出在空域中數(shù)字圖像可以用像素的坐標(biāo)位置和像素灰度值這兩種信息來描述，因此基于空域的數(shù)字圖像加密算法也是圍繞這兩種信息設(shè)計的，當(dāng)前數(shù)字圖像加密主要方法有圖像像素位置置亂、圖像像素值替換或二者相結(jié)合[7]。當(dāng)人們發(fā)現(xiàn)混沌的初值敏感性、內(nèi)在隨機(jī)性、長期不可預(yù)測性等典型特征恰恰與密碼學(xué)的典型要求相吻合時，掀起了混沌圖像加密研究的熱潮，已取得眾多研究成果。 圖1-1 圖像加密/解密基本結(jié)構(gòu) Figure 1-1 Basic architecture of image encryption/decryption 文獻(xiàn)[8-10]指出了混沌加密技術(shù)具有優(yōu)勢。文獻(xiàn)[8]比較了基于RSA和基于混沌系統(tǒng)設(shè)計的移動自組網(wǎng)(MANET)身份認(rèn)證方案的性能，在相同環(huán)境下，通過AODV、AOMDV和DSR等底層路由協(xié)議測試基于RSA方法和基于混沌系統(tǒng)方法的端到端延遲

第五章 基于多翼多渦卷混沌系統(tǒng)的圖像加密算法。本章對混沌系統(tǒng)的選擇、模型進(jìn)行了研究，提出了一種基于高階 jerk 系統(tǒng)的多方向多渦卷(MDMS)混引子的混沌系統(tǒng)模型通過引入具有參數(shù)可控的階躍函數(shù)序列、飽和函數(shù)序列滯函數(shù)序列等非線性函數(shù)，，確定相關(guān)參數(shù)的取值范圍，即可得到不同類型的向多渦卷混沌系統(tǒng)。并給出了有效確定系統(tǒng)參數(shù)的方法， 通過分析系統(tǒng)的點穩(wěn)定性、李雅普諾夫指數(shù)及 MATLAB 數(shù)值仿真，論證了提出的混沌系統(tǒng)沌動力學(xué)特性。并將該混沌模型應(yīng)用于圖像加密中，通過抗差分攻擊分析和特性分析，結(jié)果表明該參數(shù)模型確定的系統(tǒng)對圖像明文和密匙都非常敏感，像加密應(yīng)用中具有可靠的安全性能。 第六章 總結(jié)和展望。對本文的主要研究工作進(jìn)行了總結(jié)，指出其中的不足，并對進(jìn)一步的研究工作指出了方向。 本文組織結(jié)構(gòu)如圖 1-2 所示：
【學(xué)位授予單位】：湖北民族大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O415.5;TP309.7

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本文編號：2631750