發(fā)布時間：2018-10-16 20:26

【摘要】：由于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡是開放的、資源受限的,需要解決如何在不可靠信道中安全有效地傳輸多媒體信息的問題的同時注意功耗。對無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中圖像安全傳輸方法的研究發(fā)現(xiàn),當前的一些研究在安全性上做了折中,通過對需要傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)的一小部分進行加密而將大部分信息以明文的形式發(fā)送,導致大量明文信息可直接被攻擊者竊聽甚至篡改;相反,另一些研究者提出的以犧牲延遲性和帶寬資源來保證圖像數(shù)據(jù)機密性和完整性的方法相對更安全。還有一些學者提出對圖像數(shù)據(jù)使用傳統(tǒng)加密算法進行加密傳輸之前先參入用于圖像恢復的信息,即使在傳輸過程中密文發(fā)生了損壞,也可以在解密端得到一定質(zhì)量的圖像信息。目前在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡安全研究領域中很少有直接通過設計低開銷的加密算法來保證圖像機密性和完整性的研究。為保證無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中圖像數(shù)據(jù)的機密性、完整性和可用性,本文設計了一個基于混沌的圖像分組加密算法。首先對算法中的重要部件S盒進行了研究:通過對混沌映射密碼學性質(zhì)的研究以及對S盒生成問題的數(shù)學本質(zhì)分析,先提出了生成初始S盒的初始映射算法,再使用多重映射算法對初始S盒進行處理從而提高了S盒的安全性。此外,還對多重映射算法中采用初始S盒的個數(shù)和最終得到的S盒的安全性進行了分析,這對于之后設計分組密碼的加密輪次具有指導意義。最后實驗分析了該算法的執(zhí)行效率,結果表明該算法可用于資源受限的設備。然后,設計了一個以像素為粒度的采用SPN結構的分組加密算法,根據(jù)多重映射算法的指導意見設定了算法的加密輪次。對算法的加密需求研究發(fā)現(xiàn),其中的P盒同樣可以使用上述生成S盒的初始映射算法生成,從而降低了算法實現(xiàn)的復雜度。為了保證算法的安全性,算法的密鑰由兩部分組成,一部分用于S盒和P盒的生成和復用,使得S盒和P盒都是和密鑰相關且動態(tài)變化的;另一部分則用于抵御密碼學攻擊。安全性檢驗結果表明該算法可以滿足圖像安全性以及密碼學安全性兩方面的要求,此外,還考慮到在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的不可靠信道中傳輸圖像數(shù)據(jù)可能會發(fā)生的丟包和篡改攻擊,分析對比了傳統(tǒng)加密算和本算法在這種情況下對數(shù)據(jù)機密性、完整性和可用性的加密表現(xiàn)。結果表明,該算法可以保證圖像中關鍵信息范圍內(nèi)的像素錯誤率與圖像數(shù)據(jù)整體的丟包率近似,在丟包率達到30%的情況下,關鍵信息仍然可以被識別,這使得攻擊者無法通過選擇性丟棄或者隨機丟棄的攻擊方法破壞圖像數(shù)據(jù)中的關鍵信息。特別的,考慮到攻擊者可能會使用密文中的非重要信息對重要信息進行替換的篡改攻擊,以試圖達到對接收方隱瞞重要信息的目的,但實驗結果表明,該算法解密出的圖片中關鍵信息范圍內(nèi)像素的錯誤率并不大于該范圍占圖片整體的比率,與抵御選擇性丟棄攻擊的效果近似。最后,通過實驗對比了本文提出的加密算法和一些傳統(tǒng)加密算法對圖片加密時的資源需求和速度,結果表明該算法具有更快的加密速度,因而適用于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡。
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【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN919.8;TP212.9

【參考文獻】

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本文編號：2275541