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随着社会的进步和科学技术的快速发展,人们的交流日益紧密,而图像信息的交流已经成为人类进行交流的重要渠道。图像信息传输虽然为人们提供了极大便利,但它的安全性问题也同时受到广泛关注。加密技术是保护信息安全最有效的手段,很多学者已经取得了非常丰硕的成果。但是这些加密技术还不够完善,并且随着对加密理论的深入研究,很多加密方法受到了质疑,因此迫切需要发展新的信息安全理论和先进的加密技术。
传统的加密算法比较适合文本加密,并不完全适合对图像数据进行加密。为了适应图像的固有特点,提高图像加密的效率和安全性,需要有新的图像加密方案的提出。而混沌系统的许多基本特性如:遍历性、混合性、确定性和对初始条件的极端敏感性,可以和密码学中混淆和扩散的概念联系起来。因此混沌理论能够直接用于设计密码算法,这也为图像加密提供了新的研究方向。这类算法一般需借助数字电路或计算机软件实现,故称之为混沌密码算法。混沌密码算法发展至今,其面临的主要问题有:目前尚缺乏全面论证其安全性的理论;有限运算精度效应带来混沌系统的动力学特性退化。对于前者,混沌密码的测试显得尤为重要。对于后者,可以通过采用多个混沌系统及扰动策略来改善。另一方面,常规密码的安全性具有完善的数学理论支撑,利用常规密码和混沌密码相结合的方式有望构成安全性好的密码算法。
所以可以利用混沌系统对初始值和结构参数的敏感依赖性,以此提供数量众多、非相关、类随机而又确定可再生的信号。并根据混沌系统的良好伪随机性、轨道的不可预测性和对初始状态及结构参数的极端敏感性等诸多优点,将其与数字图像加密技术相结合,由此构造出良好的图像信息加密系统。
本文完成了以下工作:
1) 简要地介绍密码学国内外研究现状,具体列举几种比较成熟的加密密码类型,并且分析其各自的发展趋势。
2) 从多个方面对混沌理论基础作了详细的论述。首先论述了混沌理论的研究历史和发展趋势,然后给出了混沌的定义,描述了混沌运动的特征,并介绍了混沌研究所需的判据与准则,最后对几种常见的混沌模型进行简要地介绍。
3) 首先对现今常用的图像加密技术进行了介绍,然后分别对基于Logistic映射的加密体系、混沌分组密码加密体系和双混沌加密体系这三种密码模型进行详细的介绍和理论支持论证。
4) 分别对上述三种密码模型进行图像加密效果评估。着重在密钥的空间长度、灰度直方图分析、密钥的敏感性、像素的相关性和抵抗差分攻击分析这五个方面进行效果评估。
5) 最后对论文工作进行了全面的总结,并对今后的研究方向进行了展望。