基于混沌的數(shù)字圖像加密算法的研究

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1、基于混沌的數(shù)字圖像加密算法研究主要內(nèi)容研究背景1發(fā)展現(xiàn)狀2研究?jī)?nèi)容3結(jié)論4研究背景隨著通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，大量的圖像數(shù)據(jù)信息通過Internet進(jìn)行傳輸，如何保證這些信息的安全性逐漸成為人們所關(guān)心的問題。目前對(duì)于多媒體數(shù)據(jù)的保密通信和加密保護(hù)技術(shù)越來越受到人們的重視。由于傳統(tǒng)的加密方法都是針對(duì)文本信息來設(shè)計(jì)的，無法滿足對(duì)圖像這樣數(shù)據(jù)量大的信息進(jìn)行加密。于是針對(duì)圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，產(chǎn)生了許多種數(shù)字圖像加密的方法?；煦缦到y(tǒng)產(chǎn)生的混沌信號(hào)具有隨機(jī)性、對(duì)初值的敏感性、確定性等特性。正是由于混沌自身的這些優(yōu)秀的密碼學(xué)特性，利用它可以構(gòu)造出非常好的圖像信息加密系統(tǒng)。目前利用混沌

2、理論實(shí)現(xiàn)保密通信成為近年來研究的重要課題。已經(jīng)有多種基于混沌的圖像加密算法。因此研究基于混沌的圖像加密算法具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。發(fā)展現(xiàn)狀1基于矩陣變換的圖像加密技術(shù)；2基于秘密分割與秘密共享的圖像加密技術(shù)；3基于現(xiàn)代密碼體制的圖像加密技術(shù)4基于混沌理論的圖像加密算法典型的圖像加密方法本課題研究?jī)?nèi)容采用Logistic混沌映射的圖像加密算法實(shí)現(xiàn)圖像加密。并通過大量的實(shí)驗(yàn)證明該算法具有密鑰敏感性強(qiáng)、可抵抗各種攻擊、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)二維混沌映射算法只能對(duì)方形圖像進(jìn)行加密的局限，本文提出一種圖像增補(bǔ)的算法。通過該算法把長(zhǎng)方形圖像增補(bǔ)成正方形，然后再利用二維混沌映射加密算法對(duì)其加密。

3、基于矩陣變換的圖像加密技術(shù)Arnold變換:其中N是數(shù)字圖像的階數(shù)，(x,y)為圖像上像素點(diǎn)的坐標(biāo)。原始圖像K=3加密圖像K=20加密圖像灰度直方圖一、基于Logistic映射的混沌圖像加密算法加密流程圖當(dāng)時(shí)，Logistic映射處于混沌狀態(tài)原始圖像加密后圖像混沌序列y(j)混沌序列x(i)像素值置亂算法像素位置置亂算法Logistic映射混沌序列具有遍歷性對(duì)初值具有敏感性混沌序列具有隨機(jī)性4321將原始圖像進(jìn)行分割，平均分割為16塊正方形小圖像，所以每塊小圖像中有N/4×N/4個(gè)像素點(diǎn)。第一步像素值置亂L(0)(0,0)L(1)L(2)L(3)L(4)L(5)L(6)L(

4、7)L(8)L(9)L(10)L(11)L(12)L(13)L(14)L(15)(0,N/4-1)(0,3N/4-1)………(N-1,N-1)………一維向量L(i)L(0)(0,0)L(1)L(2)L(3)L(4)L(5)L(6)L(7)L(8)L(9)L(10)L(11)L(12)L(13)L(14)L(15)(0,N/4-1)(0,3N/4-1)………(N-1,N-1)………k(i)k(0)(0,0)k(1)k(2)k(3)k(4)k(5)k(6)k(7)k(8)k(9)k(10)k(11)k(12)k(13)k(14)k(15)(0,N/4-1)(0,3N/4-1)…

5、……(N-1,N-1)x(i)混沌序列x(0)x(1)x(2)x(3)………x(15)x(14)………置換函數(shù)第一步像素值置亂像素值置亂之前的序列像素值置亂之后的序列按照置換地址矩陣T將k向量中元素進(jìn)行相應(yīng)的位置置換k(i)混沌序列k(0)k(1)k(2)k(3)k(4)k(5)k(6)k(7)k(9)k(10)k(11)k(12)k(13)k(14)k(15)k(8)y(0)y(1)y(2)y(3)y(4)y(5)y(6)y(7)y(9)y(10)y(11)y(12)y(13)y(14)y(15)y(8)y(j)排序之后的序列y(0)y(1)y(2)y(3)y(4)y(5

6、)y(6)y(7)y(9)y(10)y(11)y(12)y(13)y(14)y(15)y(8)y1(j)t(0)t(1)t(2)t(3)t(4)t(5)t(6)t(7)t(9)t(10)t(11)t(12)t(13)t(14)t(15)t(8)t(i)t(1)第二步像素位置置亂用冒泡法將這16個(gè)實(shí)值按照從大到小順序進(jìn)行排序由y(j)在y1(j)中的位置得到置換地址矩陣T(i)排序之后的像素序列排序之前的像素序列最后將向量t(i)恢復(fù)成圖像矩陣，得到加密后的圖像。原始圖像仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析密鑰敏感性分析1.加密圖像x0=0.74356，y0=0.39284解密圖像x0=0.7

7、4357，y0=0.39283解密圖像x0=0.74356，y0=0.39283解密圖像x0=0.74356，y0=0.39284解密圖像x0=0.74356，y0=0.39284仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析抗破損攻擊實(shí)驗(yàn)2.加密圖像破損圖像1破損面積15%解密圖像破損圖像1破損面積30%解密圖像原始圖像仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析抗統(tǒng)計(jì)攻擊性3.加密圖像圖像置亂效果的好壞與相鄰像素相關(guān)性的大小存在反比關(guān)系，相關(guān)性越小，置亂的效果越好，相關(guān)性越大，置亂效果越差。測(cè)試置亂圖像的水平(垂直)相鄰像素的相關(guān)性方法如下：將圖像的像素與其水平(