基于FTP的数字图像混沌保密传输系统

摘要

移动操作系统的发展和低功耗芯片生产工艺的进步推动了智能手机、平板电脑等移动设备的普及，改变了人们的工作、娱乐方式。随着手机上网、移动支付的流行，基于嵌入式设备的网络安全问题得到人们越来越多的关注。在获取信息的方式上，数字图像因其直观形象的特点，已经取代短信文字成为移动设备上主要的信息传递方式。因此，基于嵌入式设备的图像保密传输成为当前热门的研究领域之一。由于普通加密技术是针对文本内容设计的，在对数字图像加密时效率较低。而对混沌现象的研究表明，混沌系统非常适合用于图像加密。
　　为了在嵌入式设备上实现数字图像的保密传输，本文设计了一个基于FTP的图像混沌保密传输系统。该保密传输系统主要包含以下两个部分:
　　1.针对位图图像设计的混沌序列加密算法。在对当前国内外研究现状进行分析总结的基础上，本文提出使用混沌序列对图像进行序列加密的方案。在混沌加密过程中采用了扰动补偿的精度补偿策略并加入了扩散机制，提高了加密系统在面对密钥穷举攻击和已知/选择明文攻击时的安全性。利用扰动系统生成的混沌序列与明文图像进行运算后得到加密使用的密钥序列，使得密钥序列不仅依赖于混沌系统，还依赖于具体的明文图像数据。由于位图图像具有不可压缩、数据结构简单的特点，可以最大程度上保留图像细节，因此本加密方案当前主要是针对位图图像设计的。
　　2.使用vsftpd搭建的安全的嵌入式FTP服务器。本文设计的保密传输系统是在ARM开发板上实现的，利用vsftpd在嵌入式Linux平台上搭建了一个FTP服务器，用于实现混沌加密后密文图像的网络传输。由于搭建的嵌入式FTP服务器实现了对SSL/TLS安全协议、用户访问权限管理功能的支持，因此该服务器能够确保明文图像和密文图像数据的安全，以及密文图像在传输过程中的安全。
　　本文设计的保密传输系统的具体实现过程如下:在FTP服务器一端利用混沌加密算法对位图图像加密，将加密后的密文图像保存到FTP用户的主目录中。客户端利用FTP用户名和密码登录FTP服务器，将密文图像下载至本地，然后使用解密算法恢复出明文图像。实验结果证明，该保密传输系统具有安全性高、传输速度快的特点，可以抵御针对混沌加密系统的已知/选择明文攻击和密钥穷举攻击，并且在一定程度上确保了FTP服务器在复杂网络环境下的安全性。本文所做的研究对混沌加密技术在实际中的应用起到了推动的作用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景及意义

1．2 本课题在当前国内外的研究现状分析

1．3 本文的主要研究内容及章节安排

第二章 混沌数字图像加密理论概述

2．1 混沌加密在数字图像保密通信中的应用

2．1．1 几种典型的混沌系统介绍

2．1．2 混沌系统在数字图像加密中的应用

2．2 混沌图像加密方案设计

2．2．1 设计加密方案需要考虑的问题

2．2．2 本文使用的加密方案设计

第三章 网络传输实现方案的选择

3．1 基于vsftpd实现的FTP传输方案

3．1．1 FTP概述

3．1．2 Vsftpd简介

3．1．3 Vsftpd安全性

3．2 基于CGI技术实现的嵌入式Web服务器方案

3．2．1 HTTP及CGI技术概述

3．2．2 Boa简介

3．2．3 Boa的安全性

3．3 两种网络传输实现方案的比较

第四章 嵌入式开发平台的搭建

4．1 硬件平台介绍

4．2 交叉开发环境

4．3 嵌入式Linux开发环境的搭建

4．3．1 Bootloader移植

4．3．2 Linux内核的移植

4．3．3 根文件系统的制作

4．4 Vsftpd的移植

第五章 混沌图像加密方案

5．1 混沌伪随机序列的生成

5．1．1 四维Chen系统的离散化

5．1．2 扰动补偿精度方案

5．2 混沌序列的伪随机性测试

5．2．1 SP800-22测试内容

5．2．2 伪随机性测试过程

5．2．3 伪随机性测试结果

5．3 BMP图像格式

5．4 基于灰度值替换的混沌图像加密方案

第六章 数字图像混沌保密传输系统的实现

6．1 实现保密传输系统的网络环境

6．2 保密传输系统的安全性能分析

6．2．1 密钥敏感性

6．2．2 密钥空间分析

6．2．3 对SSL的支持验证

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

声明

致谢