本文選題：混沌系統(tǒng) + 圖像加密��； 參考：《南京理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：信息時(shí)代的飛速發(fā)展讓信息傳遞更加迅速和便捷,圖像信息因其具有形象直觀傳遞信息的特點(diǎn),無論是在民用領(lǐng)域還是在非民用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)通信中運(yùn)用的尤為廣泛。因此,圖像在傳遞過程中的安全問題也更加值得我們關(guān)注。由于圖像數(shù)據(jù)量龐大,冗余性嚴(yán)重,且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)呈二維空間分布,用傳統(tǒng)的加密方式加密效率非常低,需要一種適合圖像的新的加密方式來提高加密效率。基于混沌映射與加密系統(tǒng)兩者之間的諸多共性,例如:混沌的拓?fù)鋫鬟f與混迭特性類似于密碼的擴(kuò)散與混淆特性;混沌對參數(shù)的敏感性則對應(yīng)著密碼對密鑰的敏感性;混沌映射通過多輪的迭代獲得指數(shù)分離的軌道,加密系統(tǒng)則通過多輪的置亂與替換將明文打亂。本文的主要工作如下:首先,介紹了密碼學(xué)和混沌理論的基本概念,為基于混沌理論的圖像加密方法研究奠定基礎(chǔ)。闡述了光學(xué)干涉、菲涅耳衍射、透鏡的傅里葉變換的數(shù)學(xué)模型,為基于混沌理論的虛擬光學(xué)加密系統(tǒng)提供了理論基礎(chǔ)。其次,提出了一種基于Logistic混沌映射的比特級數(shù)字圖像加密方法。灰度圖像的每個(gè)像素值采用八位的二進(jìn)制數(shù)來表示,將二維灰度圖轉(zhuǎn)換為一維的0和1的數(shù)碼串來處理。根據(jù)給定的初始值由Logistic映射及生成混沌序列,對混沌序列進(jìn)行排序,得到位置索引,根據(jù)位置索引對原始圖像進(jìn)行比特級的置亂操作,可以達(dá)到集像素融合和像素置亂于一體的圖像加密結(jié)果。然后,進(jìn)一步提出了一種基于Lorenz混沌系統(tǒng)的比特級彩色數(shù)字圖像加密算法。針對彩色數(shù)字圖像的三個(gè)分量R、B、G,用Lorenz混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的x,y,z三個(gè)維度的混沌序列分別進(jìn)行加密,最后再合而為一。加密時(shí),把每一個(gè)十進(jìn)制的像素值看成是八位二進(jìn)制數(shù),利用混沌序列的升序排列位置索引進(jìn)行置亂,達(dá)到像素融合的目的,實(shí)現(xiàn)圖像的加密。最后,將混沌系統(tǒng)和虛擬光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)一起來,提出了一種基于混沌的虛擬光學(xué)成像加密系統(tǒng),用混沌序列產(chǎn)生隨機(jī)相位模板和隨機(jī)振幅模板,并進(jìn)行聯(lián)合調(diào)制,相對于傳統(tǒng)的隨機(jī)模板而已,用混沌序列產(chǎn)生隨機(jī)模板可以減小密鑰的體積,提高加密效率。
[Abstract]:With the rapid development of the information age, information transmission is more rapid and convenient. Image information is widely used in both civil and non-civil field data communication because of its characteristics of image and visual information transmission. Therefore, the security of image transmission process is more worthy of our attention. Because of the huge amount of image data, the serious redundancy and the two-dimensional spatial distribution of the data storage structure, the encryption efficiency of traditional encryption method is very low, so a new encryption method suitable for image is needed to improve the encryption efficiency. Based on the commonality between chaotic mapping and encryption system, for example, the properties of chaotic topology transfer and aliasing are similar to those of cryptography, and the sensitivity of chaos to parameters corresponds to the sensitivity of cryptography to the key. Chaotic maps obtain exponentially separated orbits through multiple iterations, while encryption systems scramble clear text by scrambling and replacing multiple wheels. The main work of this paper is as follows: firstly, the basic concepts of cryptography and chaos theory are introduced, which lays a foundation for the research of image encryption methods based on chaos theory. The mathematical model of optical interference, Fresnel diffraction and Fourier transform of lens is described, which provides a theoretical basis for the virtual optical encryption system based on chaos theory. Secondly, a binary digital image encryption method based on Logistic chaotic mapping is proposed. Each pixel value of gray image is represented by eight bits binary number, and the two dimensional gray image is transformed into one dimensional digital string of 0 and 1 to process. According to the given initial value, the chaotic sequence is sorted by Logistic map and chaotic sequence is generated, then the location index is obtained, and the bit-level scrambling operation of the original image is carried out according to the location index. The result of image encryption can be achieved by integrating pixel fusion and pixel scrambling. Then, a new color image encryption algorithm based on Lorenz chaotic system is proposed. Aiming at the three components of color digital image, we encrypt the chaotic sequences of the three dimensions of the Lorenz chaotic system, and combine them into one at last. When encrypting, the pixel value of each decimal is regarded as an eight-digit binary number, and the ascending position index of chaotic sequence is used to scramble to achieve the purpose of pixel fusion and realize image encryption. Finally, a chaotic virtual optical imaging encryption system is proposed by unifying the chaotic system and the virtual optical system. The chaotic sequences are used to generate random phase templates and random amplitude templates, and then to modulate them jointly. Compared with traditional random templates, using chaotic sequences to generate random templates can reduce the volume of keys and improve encryption efficiency.
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP309.7;TP391.41

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本文編號：2056776