基于混沌系统的自适应图像加密算法的研究与实现

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在互联网飞速发展的今天,信息丰富的、直观的图像得到越来越广泛的应用,相比较于文本,图像更容易被人们所接受。传统的文本加密算法已经有很成熟的理论研究和实际应用价值,如何保护数据量大、高冗余度的图像的安全性,成为密码学研究的热门课题。  本文总结了现有的图像加密技术及其性能要求与评价指标,混沌系统的特性及其与图像加密技术的关系,研究了基于自适应结构的空域和变换域的图像加密技术,主要内容如下:  ①对图像加密基础进行汇总,包括密码学基础,图像加密的思想、设计原则、评价指标。详细概述了混沌的定义、特征、判断准则,对常见的混沌密码系统进行总结并指出存在的问题和解决方案。  ②分析了混沌与密码学的关系,对现有的基于混沌系统的图像加密技术进行分类汇总,指出它们的优点、缺点、适应情况。  ③设计了基于混沌的自适应空域图像加密算法。首先,对任意大小的灰度或彩色图像进行1轮扩展的Arnold置乱,把置乱后的图像分成2x2子块。其次,用左上角子块的像素灰度值和Chebyshev混沌映射构造与右上角子块等大的矩阵,用该矩阵对右上角子块进行像素灰度值替换。最后,按顺时针对每个子块进行加密,直到左上角子块加密完毕,一轮加密过程便结束。本文给出了详细的加密和解密过程,并通过仿真实验论证了该算法的相关性能。  ④设计了一种自适应的变换域图像加密算法。首先,对输入的灰度或彩色图像进行预处理,使得图像的大小满足自适应结构的要求,并对处理后的规则图像进行级的二维离散小波变换。其次,使用Logistic映射生成与规则图像等大的矩阵,用该矩阵的子矩阵对各级小波系数矩阵进行自适应排列。最后,对置乱后的系数矩阵进行二维离散逆小波变换得到置乱后的图像。本文分析了小波变换尺度和排列次数对加密结果的影响,并对比了自适应的空域和变换域算法的优缺点。  最后是全文的总结,并提出了论文的不足以及今后进一步研究改进的方向。
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