衛(wèi)星圖像的三維可逆映射加密算法研究.pdf

1、軍事或商業(yè)衛(wèi)星圖像涉及國家機(jī)密、軍事安全和公司利益等，不希望被未經(jīng)授權(quán)者查看或篡改，因此必須保證衛(wèi)星圖像在存儲和傳輸過程中的安全性。但是傳統(tǒng)的圖像加密方法存在效率低、密鑰空間小、安全性低等問題，因此研究新型實(shí)用的針對衛(wèi)星圖像特點(diǎn)的加密算法具有重要意義。
　　為了解決常規(guī)加密算法只能進(jìn)行二維圖像置亂的問題，本文提出了一種基于混沌拉伸和折疊思想的三維可逆映射集合圖像加密算法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)置亂和替代運(yùn)算。為了提高算法置亂和擴(kuò)散效率，本文首先

2、將圖像的二維矩陣擴(kuò)展到三維位矩陣以，進(jìn)而提出了圖像的數(shù)據(jù)矩陣變換算法、拉伸、折疊和替代算法。然后將該算法按設(shè)定的規(guī)則組合，構(gòu)成可逆映射集合，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的密鑰方案，根據(jù)密鑰完成對圖像數(shù)據(jù)矩陣的混淆和擴(kuò)散。為解決加密算法計(jì)算復(fù)雜度高的問題，對算法進(jìn)行了優(yōu)化。最后，對提出的加密算法進(jìn)行加密、解密仿真實(shí)驗(yàn)，并分析相應(yīng)的安全性能指標(biāo)，結(jié)果表明本加密算法具有密鑰空間大、安全性能高等特點(diǎn)。
　　為了解決加密算法對密鑰和明文變化的敏感度問題，增加

3、密鑰空間，本文研究一種基于三維離散混沌序列的圖像加密算法。首先，利用混沌系統(tǒng)對初始值和參數(shù)的敏感性以及內(nèi)在隨機(jī)性等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于混沌映射的偽隨機(jī)序列產(chǎn)生器，測試結(jié)果表明產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列具有良好的密碼學(xué)特性，可用于構(gòu)造高安全性的圖像加密算法。其次，利用偽隨機(jī)序列對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行逐位加密，改變明文圖像像素值。所設(shè)計(jì)的加密算法的密鑰與明文密切相關(guān)，在加密過程中，利用明文信息不斷更新密鑰值，再根據(jù)密鑰值選擇不同的偽隨機(jī)子序列，從而有效地提高了加密

4、算法對明文變化的敏感性。最后，測試了加密算法的安全性能，仿真結(jié)果表明該加密算法具有對密鑰和明文敏感度高、擴(kuò)散性能好等特點(diǎn)。
　　為了解決數(shù)字混沌映射在有限精度下存在動(dòng)力學(xué)退化的問題，并且提高加密算法的實(shí)用性和快速性，本文研究了一種基于多組混沌系統(tǒng)同步的圖像加密算法。首先，研究利用驅(qū)動(dòng)響應(yīng)法控制Chua混沌電路和Lorenz系統(tǒng)同步的問題，并設(shè)計(jì)兩組混沌系統(tǒng)同步的硬件電路。其次，在發(fā)送端，將明文圖像映射為二進(jìn)制位流，并通過采樣脈沖和

5、閾值控制方法將主混沌系統(tǒng)的狀態(tài)信號變換為二進(jìn)制密鑰序列，再根據(jù)密鑰序列對明文圖像位流進(jìn)行加密得到密文信息。最后，利用混沌同步驅(qū)動(dòng)信號掩蓋密文信息并將其傳輸至接收端。在接收端，利用同步狀態(tài)信號從同步驅(qū)動(dòng)信號中抽取密文信息，并通過解密算法恢復(fù)明文圖像。對提出的加密算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并分析了加密算法的安全性，結(jié)果表明，該圖像加密系統(tǒng)能有效避免混沌動(dòng)力學(xué)退化問題，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
　　為了簡化算法復(fù)雜度、節(jié)約存儲空間、縮短加密和傳輸時(shí)

6、間，本文研究一種基于Contourlet變換的混沌圖像加密算法。首先，研究基于小波的Contourlet變換(WBCT)，WBCT變換可將數(shù)字圖像變換為低頻和高頻子帶系數(shù)矩陣。本文利用低頻子帶包含原圖像的基本信息這一特性，提出一種局部加密算法，僅加密WBCT變換系數(shù)矩陣的最低頻子帶和變換系數(shù)的符號，以提高加密效率。其次，利用多渦卷混沌產(chǎn)生器構(gòu)造偽隨機(jī)密鑰序列，再利用偽隨機(jī)序列對最低頻系數(shù)及符號位矩陣進(jìn)行擴(kuò)散和混淆完成加密。再次，根據(jù)類S