基于位平面及可变参数的混沌系统的数字图像加密算法

摘要

计算机和网络的飞速发展使得信息的传输越来越方便,但同时也使信息的安全性面临前所未有的挑战.图像作为信息的一种,其安全性也越来越受到人们的关注,随之出现了很多数字图像加密算法,传统的一些加密算法,比如AES和DES,这些算法的优越性不是很明显;近些年来用混沌来加密图像成为一种趋势,这主要是由于混沌的一些特有的特性(如对初值和控制参数的敏感性、伪随机性和遍历性等)正好符合加密的要求.本文的加密算法也是基于混沌系统而设计的.
　　本文的主要工作如下:
　　(1)在第四章,首先介绍了位平面的一些相关知识,然后由于高四位的位平面携带原图的信息量远比低四位的位平面携带的信息量多,因而把高四位位平面分别用不同参数的Arnold映射来置乱.而低四位的位平面则保持不变,其次还进行了正向和反向两次像素灰度值的扩散,其中用到了分段线性混沌映射(PWLCM系统)来产生伪随机的灰度值序列,最后以大小为512 512的lena图为例进行了算法的安全性实验.实验结果表明该算法密钥空间达到了10142,且加密后图像的直方图分布比较均匀,相邻像素间的相关性大大减小了,而且对该算法还进行了抗剪切性实验,结果都表明该算法的安全性良好,不失为一种好的图像加密算法.
　　(2)在第五章,首先对Arnold映射进行了推广,把其中的参数取值范围从整数推广到实数,然后结合其遍历性特点,设计出一种基于可变参数的Arnold映射的图像加密算法.在Arnold映射迭代的过程中,其参数是一直在改变的,且和原图的灰度值有关,这样使得算法的安全性更好,然后同样进行了像素的扩散,使得加密后的图像的直方图分布更均匀,同样以大小为256 256的lena图为例进行了一系列安全性实验,比如统计分析,差分攻击,信息熵分析等,其NPCR和UACI值在经过多次加密后,NPCR几乎接近100％,UACI接近34%,且信息熵达到7.9902,非常接近8,结果都表明该算法是高效和安全的.

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第1章 绪论

1.1 本文研究的背景及意义

1.2 数字图像加密研究现状[19]

1.3 数字图像加密技术的发展阶段

1.4 本文的主要工作和安排

第2章 图像加密技术综述

2.1 数字图像加密的基本概念

2.2 数字图像加密技术的特点

2.3 数字图像加密的评价标准

第3章 混沌系统

3.1 混沌发展史

3.2 混沌的定义

3.3 混沌的特性

3.4 混沌的判别准则

3.5 本文中用到混沌系统

第4章 基于位平面的图像加密算法

4.1 位平面

4.2 基于位平面的图像加密算法

4.3 算法分析

第5章 基于可变参数的混沌系统的图像加密算法

5.1 推广的Arnold映射

5.2 基于可变参数的Arnold映射的图像加密算法

5.3 统计分析

5.4 密钥空间分析

5.5 NPCR检测和UACI检测

5.6 信息熵

5.7 抗剪切性

第6章 本文总结

参考文献

致谢

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