基于混沌理论的数字图像加密技术研究

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数字图像的信息安全是伴随着互联网和多媒体通信技术的快速发展而产生的新课题。图像因具有生动形象、信息量大等优点,在通信、医疗以及军事等众多领域有着广泛应用。人们在享受数字图像带来诸多便利的同时,也越来越担心图像的安全性问题。如何在实际应用中确保数字图像的安全就成为当前信息安全领域的一个研究热点。
  在实际应用中,受图像自身特点的限制,传统加密算法的图像加密效果并不理想。二十世纪末,研究人员开始利用混沌理论来研究图像安全保护技术,并提出了大量相关的图像加密方案。这些加密方案的提出大大地丰富了数字图像安全技术的理论体系,推进了数字图像安全技术的进一步发展与完善。本文基于混沌系统与小波变换的基本理论,提出了两种混合图像加密方案。主要工作如下:
  1.首先介绍了图像加密技术的研究背景和意义,阐述了数字图像加密的基本原理,总结了混沌理论在图像加密技术中的相关研究现状。随后介绍了混沌理论的相关基础知识,以及混沌学与密码学之间的联系,并给出了混沌图像加密系统设计的相关准则。最后介绍了几个常见混沌系统模型。
  2.本文重点介绍了两个常见的二维混沌系统,并在其基础上提出了一种基于双二维混沌系统的新混合图像加密方案。该方案首先利用二维Logistic混沌系统生成的两个置乱矩阵对原图像进行逐点置乱,然后利用二维Henon混沌系统对置乱后图像进行双矩阵全局扩散,最后得到加密图像。实验结果表明,该算法不仅可以避免低维混沌系统安全性低的缺陷,同时还可以降低高维混沌系统因结构复杂而带来的时间开销,具有较好的加密效果。
  3.本文对小波变换的基本理论进行了研究,在此基础上,提出了一种基于混沌-离散小波变换的混合域图像加密方法。该算法首先利用离散小波变换对图像进行一层分解,然后利用二维Logistic混沌系统产生的混沌序列分别对低频分量进行置乱与扩散,然后对图像进行小波重构,最后利用一维Logistic映射对重构后的图像进行全局扩散,得到最终加密图像。通过实验仿真和结果分析表明该算法可以达到很好的加密性能。
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