基于混沌加密和秘密分享的圖像安全技術(shù)研究.pdf

1、在現(xiàn)代社會,視覺信息,尤其是數(shù)字圖像媒體在數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通信中扮演著越來越重要的角色。數(shù)字圖像通常包含一些諸如商業(yè)機(jī)密,醫(yī)學(xué)檔案以及軍事圖紙等重要敏感信息,這些圖像的不正確發(fā)布很可能對相關(guān)個(gè)人或者機(jī)構(gòu)造成嚴(yán)重?fù)p失,因此對這些圖像的可信性的保障變得越來越重要。圖像加密技術(shù)將原始秘密圖像轉(zhuǎn)換到不可理解的形式來提高圖像存儲和傳輸?shù)牡陌踩?可以有效地解決此類問題。
　　另一方面,即使數(shù)字圖像以密文的形式存儲,當(dāng)部分圖像被破壞時(shí),雖然沒有泄露秘

2、密信息,解密后的圖像通常也是不可用的。在部分信息傳輸中丟失的情況下,完整的恢復(fù)原始數(shù)字圖像也是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。
　　本文對以上兩個(gè)關(guān)鍵問題進(jìn)行統(tǒng)一考慮,主要從以下幾個(gè)方面來研究圖像加密和秘密分享的相關(guān)技術(shù):
　　1.基于流密碼的數(shù)字加密算法;
　　2.基于混亂和擴(kuò)散機(jī)制的數(shù)字圖像分組加密算法;
　　3.基于置換和擴(kuò)散機(jī)制的數(shù)字圖像分組加密算法;
　　4.基于隨機(jī)網(wǎng)格和混沌加密的圖像秘密分享算法。

3、　　本文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出了一種基于循環(huán)橢圓曲線與混沌系統(tǒng)的圖像流式密碼方法。其中,基于反饋模式的Logistic混沌系統(tǒng)生成初始密鑰和256位外部密鑰。然后,生成的密鑰流與來自于的橢圓曲線上的點(diǎn)序列進(jìn)行混合。通過加密性能和安全性分析,表明了所提出算法的有效性。
　　(2)基于混合線性反饋移位寄存器(LFSR)和混沌系統(tǒng),提出了適用于數(shù)字圖像的高效的混合加密方案。該方案的核心思想是在二維混沌系統(tǒng)的頻

4、域信息來進(jìn)行像素位置的置亂。這使得視覺信息可以動態(tài)地引起密文圖像的變化,從而對選擇明文攻擊免疫。隨后,以LFSR和混沌系統(tǒng)混合作為輪密鑰,基于傳統(tǒng)的加密方法,對置亂圖像進(jìn)一步混亂。LFSR、混沌系統(tǒng)加密以及原始加密方法的混合,增強(qiáng)了加密性能和擴(kuò)大了抵抗暴力攻擊的密鑰空間。對密文的統(tǒng)計(jì)分析和差分攻擊分析測試表明了所提出的圖像加密算法具有更高的安全性。該方案最主要的貢獻(xiàn)在于其在ECB模式下實(shí)現(xiàn)了安全的圖像分組加密算法,使算法在保證安全性的同

5、時(shí)依然保持高效性。
　　(3)基于量子混沌系統(tǒng),提出了一種新的彩色圖像加密算法。首先,基于整數(shù)小波變換的環(huán)形自同構(gòu),通過只加擾低頻的Y(亮度)分量,提出了一個(gè)新的置換方法。然后,采用自適應(yīng)的量子混沌映射,混合水平和垂直方向相鄰像素的特征,實(shí)現(xiàn)兩種擴(kuò)散功能模塊。最后,通過量子混沌系統(tǒng)生成中間混沌密鑰流,完成圖像置亂和混淆。多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)和安全性性能分析表明,所提出的彩色圖像加密方法具有明顯更高安全性能與效率。大部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較分析都表明

6、該算法的優(yōu)越性。
　　(4)通過將秘密的二進(jìn)制圖像編碼轉(zhuǎn)換成多個(gè)有意義的影子圖像,提出了一種新穎的秘密圖像共享方案。本方案結(jié)合了隨機(jī)網(wǎng)格、誤差擴(kuò)散和混沌加密三種技術(shù)。分存階段,首先通過混沌加密對秘密圖像進(jìn)行加密,然后在誤差擴(kuò)散的過程中將加密后的秘密圖像分存為n幅半色調(diào)影子圖像;恢復(fù)的時(shí)候使用k個(gè)或者更多個(gè)影子圖像即可恢復(fù)秘密信息。該方案具有計(jì)算簡單、影子圖像恢復(fù)時(shí)順序可變換、沒有像素?cái)U(kuò)展等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)避免了復(fù)雜的碼書設(shè)計(jì)問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)