基于混沌序列的数字水印及多路图像加密的研究与实现

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 10次 | 上传用户:xiaoxin_1
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随着通信技术的不断快速发展,多媒体信息面临着各种各样的攻击,信息安全技术成为了一个研究热点。目前,数字水印作为多媒体信息版权保护的重要手段之一,因此如何对数字水印进行有效的加密也成为大家关注的一个重要问题;同时,针对目前大部分的混沌系统实现对单路图像的加密效率低的劣势,如何构建高维混沌系统产生多路混沌序列对多幅图像信息同时进行加密的方法也引起人们广泛的关注。混沌保密技术以其独有的优势使其具有广泛的应用前景,比如密钥参数多,密钥空间大,密钥参数敏感性强。本文提出了基于单变量反馈控制的离散混沌系统算法,一方面把混沌加密算法应用于静止数字图像水印领域,并结合DWT和SVD相结合的图像处理技术来解决水印信息易被破解的问题。整个系统包括水印信息的加密、水印的嵌入、水印的提取、对含水印载体图像的攻击以及水印解密五大模块,实现了基于混沌加密的数字水印的系统,同时对嵌入水印信息的载体图像进行物理攻击测试和安全性能分析。最后,利用PC和ARM开发板搭建操作系统实现应用功能。另一方面,利用七维混沌系统实现对3路图像信息同时进行加密。通过采用级联闭环原理,发送端系统与接收端系统具有完全相同的驱动信号,能实现严格的同步而不受有用信息大小调制的影响,在发送端与接收端参数匹配的情况下,使解密出来的信息具有高的还原度,实现对多幅图像信息进行快速地加解密。本文主要包括了以下几个部分内容:(1)首先对混沌理论,数字水印知识和嵌入式技术的发展历史等进行基础性的介绍。针对目前的发展趋势,对混沌保密技术和数字水印的结合以及高维混沌系统进行了详细分析。(2)为了构建随机性能良好的混沌序列,本文提出了基于单变量反馈控制的离散混沌系统,并对其基本的动力学特性进行分析,采用国际随机性测试标准NIST对产生的数字混沌序列进行性能测试。(3)基于Matlab GUI的平台,通过构建水印信息的加密、水印的嵌入、水印的提取、对含水印载体图像的攻击以及水印的解密这五大模块,整体实现了基于混沌加密的数字水印系统。对界面操作简单的RedHat嵌入式系统的一些操作和设置进行了介绍。通过交叉编译将Linux嵌入式系统烧写进ARM开发板上。选取了ARM开发板Mini2440的硬件平台设计了基于嵌入式技术的数字水印混沌保密通信系统。(4)基于FPGA硬件设计七维混沌离散系统,使其在一定精度下产生多路数字混沌序列,采用该数字混沌序列作为密钥对多路图像信息同时进行加密,产生多路混沌加密信号。然后,构建一种FPGA技术的驱动响应式同步的多路图像混沌加密系统,发送端产生的多路混沌加密信号通过以太网传输,接收端在收到加密信号后则通过自同步后的混沌信号,解密出多路图像的原始信息。
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