基于Cat映射和Lorenz映射的图像加密算法研究

摘要

混沌系统由于其复杂性、随机性、难以分析和预测性，使其非常适合应用于密码学领域。在这个信息爆炸的年代，随着科技的进步，人们对信息保密的要求达到了前所未有的高度。因而，人们对混沌科学的研究热情也越来越高涨。混沌科学在数据保密中的应用要从理论走向实用，其关键是基于混沌的密码体制是否能满足安全性和实用性的要求。 近年来，人们已经实现了用基于混沌的加密法来加密数据，在初期，绝大多数都是基于一维的混沌映射。后来，人们发现由于计算精度的限制，混沌系统并不是理想的非周期和不可预测的。同时，由于一维混沌映射的密钥空间有限、结构简单，所以在穷举攻击面前显得较为脆弱，而且不能有效的抵御自适应参数同步攻击。于是，人们使用更高维的混沌系统来加密数据，例如，Lorenz混沌映射。但是，三维的Lorenz映射在加密大量的数据时(例如图像数据)，存在着明显的效率低的问题。 本论文针对现有基于三维混沌密码体制的图像加密法所存在的加密效率低下的问题，提出一种新颖的基于Cat映射和三维Lorenz混沌映射的图像加密法。 在该算法中，首先使用Cat映射对图像像素的位置进行初步的置乱，然后再利用Lorenz映射所生成的三个一维的混沌序列的其中之二，进一步置乱图像中像素的位置，并利用剩下的一个混沌序列来置乱像素的灰度值。在加密强度相当的条件下，极大的提高了基于三维混沌密码体制的图像加密法的加密效率。

目录

文摘

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声明

前言

第一章混沌研究的历史及其意义

第二章混沌学基本理论

2.1混沌的定义

2.2混沌的基本特征

2.3系统混沌运动的判别

2.4典型混沌系统的介绍

2.4.1 Logistic映射

2.4.2 Lorenz系统

2.4.3蔡氏电路

2.4.4陈氏系统

2.4.5时空混沌

第三章基于混沌的密码学

3.1密码学的基本概念

3.1.1密码体制

3.1.2密码体制的分类

3.1.3密码分析

3.2基于混沌的流密码体制

3.2.1流密码原理

3.2.2混沌密钥流的生成

3.2.3混沌映射的过渡态

3.2.4混沌密钥流的安全性分析

3.3基于混沌的流密码应用实例

3.3.1 BMP位图文件格式

3.3.2利用Logistic映射实现流密码

3.3.3加密和解密步骤

3.3.4性能分析

第四章基于Cat映射和Lorenz映射的图像加密算法研究

4.1图像的概述

4.2图像加密的特点

4.3 Cat映射简介

4.4一种基于Cat映射和Lorerlz映射的图像加密算法

4.5安全性能分析

4.5.1密钥分析

4.5.2统计分析

4.7加密效率测试

4.8小结

结束语

参考文献

致谢

研究生期间论文发表情况