基于JPEG2000图像的数字化混沌密码系统的设计与实现

摘要

要提供安全的图像数据通信,在系统设计时必须考虑两个要素：第一,尽量减小传送数据的体积。第二,保证数据安全。因此,需要一种对图像的压缩加密方法。本文将JPEG2000与数字化混沌密码系统结合,以实现这两个目标。 系统使用了三种JPEG2000码流的选择性加密模式：顺序选择性加密,抽取码流的前m％进行加密；随机选择性加密,使用数字化混沌映射随机选择码流的m％进行加密；混合选择性加密,即前两者的组合。加密模块我们采用了文献[25]中提出的数字化混沌密码算法,它的安全性较高,可满足一般唯密文、已知/选择明文攻击下的保密要求。 我们的工作亮点是,将数字化混沌映射同时应用在JPEG2000码流的选择性抽取以及图像加密上,这在当前的JPEG2000图像加密领域中,似乎暂时未被提及。 通过实验,我们初步归结出在三种模式下,加密所需的最小码流比例m,并对三种模式的各方面性能进行了比较分析,得到以下结论： 顺序选择性加密在效果上表现不稳定,虽然它在多数情况下表现最优,但对于某些图像,加密效果严重退化,令m值骤升。 随机选择性加密不会出现上述问题,m值比文献[28]中的阈值要小,但在三者中它的时空性能最不理想。 混合选择性加密同样克服了顺序加密的问题,m值与随机加密的相当,且它的时空性能更佳。另外,其安全性比其他模式更高。混合选择性加密是较理想的一种加密模式。 我们的选择性加密适用于安全性要求一般的图像加密应用。归结出的最小码流加密比例为4％,约为文献[28]中阈值的1/5,相比全码流加密将节省相应的运行时间和系统资源,这对于能耗、资源受限的设备较有实用价值,例如移动设备间的图像传输等。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3课题研究意义

1.4论文内容安排

1.5本章小结

第二章JPEG2000码流研究

2.1 JPEG2000的由来和特点

2.2 JPEG2000系统的体系结构

2.3预处理过程

2.3.1图像分片

2.3.2 DC平移

2.3.3分量变换

2.4核心处理过程

2.4.1离散小波变换(DWT)

2.4.2量化

2.4.3熵编码

2.5码流的构成

2.6 JP2文件的格式

2.7 JPEG2000图像码流分析

2.7.1可调整能力(scalability)概述

2.7.2 JPEG2000工具Kakadu介绍

2.7.3 UtraEdit介绍

2.7.4码流分析实例

2.8本章小结

第三章数字化混沌密码系统的研究与实现

3.1密码学回顾

3.1.1对称密钥

3.1.2公开密钥

3.1.3混合密码系统

3.1.4密码分析

3.2数字化混沌密码系统

3.2.1混沌理论、混沌密码、数字化混沌密码

3.2.2数字化混沌的动力学特性退化问题

3.2.3数字化混沌密码的通用设计思路

3.3密码系统的实现

3.3.1系统结构整体介绍

3.3.2加密模块实现

3.3.3码流抽取模块的实现

3.4本章小结

第四章系统测试

4.1顺序选择加密vs.随机选择加密

4.1.1加密效果

4.1.2算法性能

4.2混合加密

4.2.1加密效果

4.2.2算法性能

4.3三种模式的性能小结

4.4系统安全性分析

4.4.1 PWLCM性能

4.4.2唯密文攻击——密钥空间

4.4.3己知明文／选择明文攻击——SP网络

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢