基于混沌的圖像加密算法的研究及硬件實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和信息交換的日益頻繁，信息安全問(wèn)題日益突出。信息技術(shù)的發(fā)展對(duì)信息安全提出了越來(lái)越高的要求，迫切需要發(fā)展新的理論和先進(jìn)的技術(shù)。對(duì)圖像進(jìn)行加密是保證圖像信息安全的重要手段之一。現(xiàn)有的加密算法大多數(shù)是為保護(hù)文本信息而設(shè)計(jì)的，抗破譯能力不強(qiáng)。所以，傳統(tǒng)的加密算法應(yīng)用于圖像加密有諸多弊端，大量針對(duì)圖像特點(diǎn)的加密方案被提出。作為新的密碼技術(shù)一混沌圖像加密技術(shù)己引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者濃厚的興趣和廣泛研究?；煦缡且环N貌似無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，指在確

2、定性非線性系統(tǒng)中，不需要附加任何隨機(jī)因素亦可出現(xiàn)類(lèi)似隨機(jī)的行為內(nèi)在隨機(jī)性。混沌具有許多值得利用的性質(zhì)，如良好的偽隨機(jī)特性、軌道的不可預(yù)測(cè)性、對(duì)初始狀態(tài)及結(jié)構(gòu)參數(shù)的極端敏感性等一系列優(yōu)良特性，這些特性與密碼學(xué)的許多要求是相吻合的。圖像的使用越來(lái)越廣泛，因其數(shù)據(jù)量大、冗余度高，己給傳統(tǒng)密碼提出了挑戰(zhàn)，然而混沌密碼在圖像信息的加密上體現(xiàn)了強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)基于混沌的圖像加密技術(shù)進(jìn)行了研究，主要工作如下:
　　 首先，本文研究了混沌的基

3、本理論，包括混沌的概念、混沌理論的形成及其發(fā)展，混沌系統(tǒng)的判定和主要的度量特征，重點(diǎn)介紹通過(guò)Lyapunov指數(shù)來(lái)判定混沌系統(tǒng)的方法，并在此基礎(chǔ)上，深入研究了常用于圖像信息安全的一維、二維和三維混沌映射及其特性，并介紹了幾種常見(jiàn)的、具有代表性的圖像加密方法。
　　 其次，在分析現(xiàn)有混沌加密方案的基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)的圖像加密技術(shù)是一種基于像素置亂的加密算法，該類(lèi)型的算法安全性低，本文提出了一種基于改進(jìn)的logistic混沌映射的超混

4、沌彩色圖像加密算法。該算法采用改進(jìn)后的logistic映射對(duì)圖像進(jìn)行置亂加密，采用高維混沌映射再對(duì)圖像進(jìn)行擴(kuò)散加密。仿真結(jié)果證明了該算法安全性和加密效果良好，有較大抵抗強(qiáng)力攻擊的密鑰空間，并且加密圖像像素值具有類(lèi)隨機(jī)均勻分布特性，相鄰像素的值具有零相關(guān)特性。
　　 再次，針對(duì)現(xiàn)有的混沌加密系統(tǒng)都是基于置亂和擴(kuò)散獨(dú)立進(jìn)行的，本文提出了基于置亂和擴(kuò)散融合的超混沌彩色圖像加密系統(tǒng)。先利用二維logistic混沌映射迭代產(chǎn)生彩色圖像三基

5、色的偏移值，再用超混沌映射對(duì)圖像進(jìn)行擴(kuò)散加密。該算法對(duì)三基色分別加密，強(qiáng)化了加密圖像的安全性;由于是同時(shí)進(jìn)行行、列全局置亂和擴(kuò)散，使得相鄰像素之間的相關(guān)性更小，置亂距離更大，提高了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提高了破譯難度。分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明，該算法具有較高的加密效率，可以有效地保障加密圖像的保密性和安全性。
　　 最后，以DSP為硬件平臺(tái)，將提出的圖像加密算法在DM642平臺(tái)上進(jìn)行算法驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明提出的圖像加密算法具有良好的加密效果，