本文關(guān)鍵詞：基于一維復(fù)合混沌映射的數(shù)字圖像加密算法研究

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【摘要】：隨著通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,信息的安全傳輸問(wèn)題受到越來(lái)越多的關(guān)注,而加密是一種保證信息安全傳輸?shù)挠行侄巍Ｓ捎趫D像自身數(shù)據(jù)量大、相關(guān)性強(qiáng)和冗余度高等特點(diǎn),傳統(tǒng)的加密方法并不適合圖像加密,因而需要尋求新的解決途徑。混沌理論的誕生和發(fā)展為圖像加密的研究帶來(lái)了希望。對(duì)初始條件的高度敏感性、各態(tài)歷經(jīng)性和偽隨機(jī)性等是混沌現(xiàn)象的典型特征,其恰好與密碼學(xué)的基本要求即混淆和擴(kuò)散相一致。因而自上世紀(jì)90年代混沌理論被引入到圖像加密中以來(lái),混沌圖像加密技術(shù)獲得了蓬勃發(fā)展。圖像加密中使用的混沌系統(tǒng)有連續(xù)與離散、高維與低維之分。一維離散混沌映射具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、軟硬件易于實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行速度快等優(yōu)勢(shì),因而對(duì)于一維混沌映射的動(dòng)力學(xué)特性及其應(yīng)用研究具有現(xiàn)實(shí)的意義和廣泛的應(yīng)用前景。本文以一維混沌映射電路實(shí)現(xiàn)及其動(dòng)力學(xué)特性改進(jìn)為基礎(chǔ),以圖像加密應(yīng)用為目標(biāo),設(shè)計(jì)了帳篷映射和以其為基礎(chǔ)的混沌脈沖序列發(fā)生器電路,根據(jù)三個(gè)一維映射的串并聯(lián)混合構(gòu)造了一維復(fù)合混沌系統(tǒng),并基于一維復(fù)合混沌映射提出了幾種混沌圖像加密改進(jìn)方法。論文的主要工作如下:1.基于帳篷映射的混沌脈沖序列發(fā)生器。針對(duì)目前混沌脈沖序列電路產(chǎn)生的脈沖序列參數(shù)不易控制以及脈沖序列產(chǎn)生電路本身需要外部信號(hào)控制的缺陷,以帳篷映射的電壓模式實(shí)現(xiàn)為基礎(chǔ),經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)練和巧妙的設(shè)計(jì)構(gòu)造了一種基于帳篷映射的混沌脈沖序列發(fā)生器的電路。該電路用更少的元器件實(shí)現(xiàn)了帳篷映射功能,產(chǎn)生的脈沖序列的時(shí)間間隔可通過(guò)改變電路中的可變電子元件來(lái)控制。利用電路產(chǎn)生的兩個(gè)混沌映射即帳篷映射和脈沖時(shí)間間隔映射來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行加密,實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了一維混沌映射在圖像加密中的可行性。2.基于1DSPCM和兩級(jí)整體置換圖像加密改進(jìn)算法。通過(guò)三個(gè)簡(jiǎn)單的一維映射按照先串聯(lián)后并聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一維復(fù)合混沌系統(tǒng)1DSPCM(1D Serial then-Parallel Chaotic Map),選擇帳篷映射、邏輯斯蒂映射和正弦映射作為種子產(chǎn)生了一種一維復(fù)合混沌映射,較現(xiàn)有的一維混沌映射,該復(fù)合映射具有更大的密鑰空間和李雅普諾夫指數(shù)。結(jié)合像素級(jí)和比特級(jí)的置亂,基于1DSPCM提出了兩級(jí)整體置換的圖像加密改進(jìn)算法。先在比特平面選擇每個(gè)像素的最高位,對(duì)這些最高位組成的序列進(jìn)行整體置換,在此基礎(chǔ)上對(duì)所有像素進(jìn)行整體置換。為了抵抗選擇明文攻擊,擴(kuò)散過(guò)程采用了依賴(lài)明文的擴(kuò)散密鑰。仿真結(jié)果表明該算法具有較大的密鑰空間和抗統(tǒng)計(jì)分析攻擊的能力,并在安全性和效率方面可取得很好的折中。3.基于Fibonacci-Lucas變換和雙向擴(kuò)散的快速圖像加密算法。針對(duì)現(xiàn)有的置亂過(guò)程中每輪操作模式不變的缺陷,利用Fibonacci-Lucas變換所構(gòu)成的變換集來(lái)對(duì)圖像進(jìn)行置亂操作。通過(guò)三個(gè)簡(jiǎn)單的一維映射,按照先并聯(lián)后串聯(lián)的次序,設(shè)計(jì)了一維復(fù)合混沌系統(tǒng)1DPSCM(1D Parallel then-Serial Chaotic Map)。根據(jù)混沌映射迭代序列和明文圖像來(lái)確定每輪置亂的變換核,可以有效改善Fibonacci-Lucas變換的周期性導(dǎo)致的安全性降低的情形。擴(kuò)散階段采用了雙向擴(kuò)散策略,在獲得相當(dāng)?shù)腘PCR和UACI的情況下,該擴(kuò)散結(jié)構(gòu)較常規(guī)的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)而言具有更高的時(shí)間效率。該方法不僅擁有較大的密鑰空間并能有效抵抗差分攻擊、統(tǒng)計(jì)攻擊、選擇明文攻擊、噪聲攻擊和裁剪攻擊,同時(shí)提高了加密效率。4.基于一維復(fù)合混沌映射和壓縮感知的聯(lián)合圖像壓縮加密算法。通過(guò)在1DPSCM中合理選擇三個(gè)混沌映射得到了一個(gè)具有較大密鑰空間而且分布較均勻的一維復(fù)合混沌映射。結(jié)合壓縮感知理論提出了一種聯(lián)合圖像壓縮加密改進(jìn)算法。利用1DPSCM復(fù)合映射構(gòu)造隨機(jī)循環(huán)測(cè)量矩陣,對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)用Fibonacci-Lucas變換進(jìn)行按塊進(jìn)行置亂操作,每輪的變換核由混沌映射確定。同時(shí)為了獲得較高的NPCR和UACI,對(duì)置亂的測(cè)量數(shù)據(jù)采用簡(jiǎn)單的線性調(diào)整方法后進(jìn)行擴(kuò)散操作。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果表明該一維復(fù)合混沌映射在聯(lián)合圖像壓縮加密中具有一定的可行性,提出的聯(lián)合壓縮加密算法具有較大密鑰空間、很好的抵御差分攻擊能力以及一定的抗裁剪攻擊魯棒性。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.41;TP309.7

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李趙紅,侯建軍,張煜,宋飛;基于級(jí)聯(lián)混沌映射的圖像加密算法[J];北京交通大學(xué)學(xué)報(bào);2005年02期

2 魏旭;陸國(guó)平;陳秋瓊;;基于混沌映射的數(shù)碼防偽技術(shù)研究[J];電視技術(shù);2012年19期

3 王偉;彭存建;;一種新型離散指數(shù)混沌映射的實(shí)現(xiàn)及其研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2014年01期

4 汪超;黃峰;李世軍;;一種新的混沌映射模式加密算法[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2008年32期

5 鐘黔川;朱清新;張平莉;;參數(shù)可變的多混沌映射加密系統(tǒng)[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2009年02期

6 蘇鵬;;基于混沌映射和離散變換的零水印算法[J];徐州建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào);2011年01期

7 鐘黔川;;一種混沌映射密碼算法的安全性分析[J];西昌學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2011年04期

8 劉景琳;馮明庫(kù);;基于k錯(cuò)窮盡熵分析離散混沌映射穩(wěn)定性的新方法[J];電訊技術(shù);2012年02期

9 魏旭;陸國(guó)平;陳秋瓊;;基于雙重混沌映射的數(shù)碼防偽技術(shù)研究[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);2012年08期

10 何振亞,李克,楊綠溪;具有良好安全性能的混沌映射二進(jìn)制序列[J];電子科學(xué)學(xué)刊;1999年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前9條

1 梁曉明;高婷;呂華平;;無(wú)標(biāo)度混沌映射網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)-關(guān)間歇振蕩[A];2006全國(guó)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

2 陳強(qiáng)洪;;基于簡(jiǎn)單混沌映射的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器[A];圖像 仿真 信息技術(shù)——第二屆聯(lián)合學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2002年

3 陳增強(qiáng);周茜;;KENT混沌映射在數(shù)字噴泉編碼技術(shù)中的應(yīng)用[A];中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)控制理論專(zhuān)業(yè)委員會(huì)B卷[C];2011年

4 王正;朱興動(dòng);黃葵;;基于混沌映射的數(shù)字圖像加密及仿真研究[A];'2008系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

5 王正;王波;朱興動(dòng);;基于離散混沌映射的RGB數(shù)字圖像加密算法[A];第八屆全國(guó)動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

6 王正;朱興動(dòng);黃葵;劉永新;;基于離散混沌映射的數(shù)字圖像加密通信算法[A];圖像圖形技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展——第三屆圖像圖形技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

7 陳永強(qiáng);孫華寧;;基于二維混沌映射的數(shù)字圖像加密算法[A];中國(guó)糧油學(xué)會(huì)第三屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文選集（下冊(cè)）[C];2004年

8 劉佳;楊文革;余金峰;;混沌擴(kuò)頻序列相關(guān)性能仿真分析[A];2010通信理論與技術(shù)新發(fā)展——第十五屆全國(guó)青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2010年

9 徐耀群;;一種混沌hash函數(shù)及應(yīng)用[A];2005通信理論與技術(shù)新進(jìn)展——第十屆全國(guó)青年通信學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2005年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 張同鋒;基于一維復(fù)合混沌映射的數(shù)字圖像加密算法研究[D];蘭州大學(xué);2016年

2 王希忠;基于MPI的分段線性混沌映射加密算法的研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2014年

3 張雪鋒;混沌序列生成技術(shù)及其若干應(yīng)用研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 韓文娟;基于混沌映射的加密算法研究[D];中央民族大學(xué);2012年

2 鄭永愛(ài);混沌映射的隨機(jī)性分析[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

3 魏雷;基于四維超混沌映射的圖像加密算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

4 趙明明;基于高維混沌映射的圖像加密技術(shù)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

5 李廈;基于混沌映射的數(shù)字圖像置亂算法[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

6 康曉云;基于時(shí)空混沌映射的圖像加密算法研究[D];汕頭大學(xué);2011年

7 方旋;基于混沌映射的散列算法改進(jìn)及其在密鑰協(xié)商協(xié)議中的應(yīng)用[D];武漢工程大學(xué);2013年

8 于佳;Cubic混沌映射及其在混沌掩蓋通信中的應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2007年

9 朱凱;基于變參Tent混沌映射的加密方法研究和實(shí)現(xiàn)[D];重慶師范大學(xué);2009年

10 徐貴森;基于Logistic混沌映射的信息高位空域隱藏方法研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2008年

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