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基于数字混沌的图像加密算法研究









重庆大学硕士学位论文
(学术学位)


学生姓名:李文杰李文杰
指导教师:郑洪英副教授
专业:计算机软件与理论
学科门类:工学




重庆大学计算机学院
二 O 一三年四月
Research on Image Encryption Algorithms
Based on Digitalized Chaos



A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for
Master’s Degree of Engineering
By
Li Wen Jie

Supervised by Associate Prof. Zheng Hong Ying
puter Software and Theory


College puter Science of
Chongqing University, Chongqing, China
April, 2013
重庆大学硕士学位论文中文摘要

摘要

随着计算机技术和网络技术的飞速发展,数字图像在网络中的传输已经变得
越来越普遍。正因为如此,数字图像信息的安全和保密问题日益成为了人们关注
的焦点。由于图像自身的数据量庞大、冗余度高等特点,传统的加密方法,比如
DES、AES 和 RSA 等,不再适用于图像加密。混沌映射以其随机性、敏感性、遍
历性等特性引起研究者的广泛兴趣,目前,许多基于混沌映射的图像加密算法被
提出。但由于攻击手段的层出不穷以及安全功能的复杂性,目前的图像加密算法
还有待完善。
同时,在数字图像逐渐作为电子商品进行销售时,学者们提出了以退化为目
的的加密模式。即先将图像进行可逆地退化处理,降低图像的视觉效果,发送给
用户进行预览体验,待用户决定购买后,再提供解密密钥恢复原始图像。因此在
图像处理技术应用日益广泛的今天,研究图像的混沌加密和退化具有重要的理论
意义和现实意义。
本文主要的工作体现在以下几个方面:
1、简述了混沌和密码学的基础理论:混沌的定义与运动特征,现代密码学概
要,混沌与密码学的关系,以及混沌密码学的研究现状。最后简述了图像加密的
安全性指标。
2、提出一种基于耦合映象格子和分组加密技术的图像加密算法。首先对图像
一部分进行分组,并迭代混沌系统,产生与图像分组数相同数目的混沌序列。使
用混沌序列值与图像分组部分进行混合操作,其操作结果用来对图像另一部分进
行加密。该算法能够有效地实现图像加密算法的并行性。
3、提出一种基于位平面和混沌映射的图像加密算法。首先生成密钥流,并进
行序列二值化。将图像按位平面进行分层,按某种顺序,将某个位平面与密钥流
混合,混合结果构成遍历矩阵对另外层加密。最后经密钥流扩散形成密文。该算
法加密轮数少,能够抵制各种差分攻击。
4、在退化加密方面,针对彩色图像退化加密算法中模板选择问题,提出基于
均方误差预测的退化模板。首先对加密前后像素均方误差值进行预测,对预测值
排序,根据排序结果,选择符合要求的部分像素进行加密。该算法可以通过加密
尽量少的像素实现比较好的退化效果。

关键词:图像加密,退化加密,数字混沌,位平面,均方误差


I
重庆大学硕士学位论文英文摘要

ABSTRACT

With the rapid development of the and multimedia technology, more and
more image information have been quickly conveniently transmitted through the
network. As a result, the security of multimedia information e increasingly
important and cryptography is considered as the primary method to resolve it. Due to
some intrinsic features of image, such as large data and high redundancy, traditional
cryptographic algorithms (such as