基于四维混沌系统生成二值序列的新方法及其加密应用

摘要

1989年, Matthews首次将离散动力系统用于图像加密[1].他给出一种一维的混沌映射,该映射根据初始条件产生具有混沌特性的伪随机序列,然后直接用于“一次一密”(one-timepad)的加密算法中.现在,利用混沌映射产生混沌序列,由该混沌序列生成二值序列,把二值序列与待加密的明文进行异或运算已经成为一种常用方法.由于具有一次一密、加密效率高、方便等特点,该方法得到广泛应用.不过从加密安全角度考虑,这种与明文进行异或的加密方法对二值序列的性能要求很高.生成的二值序列必须具有高度的伪随机性,能够满足Golomb的三个随机性公设,这样才能给攻击者带来较大的破译难度,从而保证加密安全.由混沌序列产生二值序列的方法已有很多,文献[2]、[3]、[4]是将混沌序列所在的区间进行简单的划分,然后根据混沌系统生成的混沌序列值所在的区间,相应地量化为0或1.文献[5]、[6]是比较法,即将混沌序列值与平均值或者中值进行比较大小,相应地量化为0或1.其中文献[5]是将混沌序列值与混沌序列平均值进行比较大小然后量化为0、1二值序列.文献[6]是用混沌系统生成两个混沌序列,比较两个序列对应项的大小,然后量化为0、1二值序列.虽然简单,易于操作,然而这些方法对混沌系统的选择比较苛刻,不能很好地满足Golomb的三个随机性公设。
　　本文将利用一个四维混沌系统生成混沌序列,并给出一种新的方法,将混沌序列量化为二值混沌序列.该方法生成的二值混沌序列具有良好的伪随机性,同时对产生混沌序列的混沌系统的初值十分敏感.该方法适合任何混沌系统产生的混沌序列的量化,且都能得到性能优良的二值序列,即混沌系统的选择不影响二值序列的良好性能.为了提高系统的复杂性和安全性,文中采用的是一种新的四维混沌系统.为了验证该方法适合任何混沌系统产生的混沌序列的量化,文中选用经典的Logistic映射进行实验,得到了较好的结果.同时也把本文方法与[5]、[6]的方法进行了比较,结果表明了本文方法的优越性。.最后把本文方法产生的混沌伪随机二值序列用于图像加密,也得到了较好的结果。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第 1 章 绪论

1.1 选题背景和研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容和章节安排

第 2 章 混沌动力系统与图像加密

2.1 混沌动力系统

2.1.1 混沌的定义

2.1.2 混沌的基本性质

2.1.3 离散混沌动力系统

2.1.4 连续混沌动力系统

2.2 数字图像加密技术

2.2.1 密码学简介

2.2.2 传统图像加密方案

第 3 章 四维系统生成二值序列的方法

3.1 几种常用二值序列的生成方法

3.2 新的二值序列生成算法

3.3 混沌伪随机二值序列的性能分析

3.3.1 伪随机二值序列的性能评价

3.3.2 伪随机性检验结果

3.4 与其它方法的比较

第 4 章 二值序列在图像加密中的应用

4.1 三维空间的置乱变换

4.1.1 置乱算法描述

4.1.2 置乱效果分析

4.2 二值序列用于图像加密

第 5 章 总结

参考文献

致谢

攻读硕士期间研究成果

个人简介