基于GPGPU計算的數(shù)字圖像加密技術研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術和數(shù)字多媒體技術的快速發(fā)展,如何在網(wǎng)絡中高效、安全的傳輸數(shù)字圖像引起了人們的廣泛關注。由于數(shù)字圖像具有數(shù)據(jù)量大、冗余性高、圖像像素相關性強等內(nèi)在特性,使得傳統(tǒng)的加密算法(如DES和 AES等)并不能滿足圖像傳輸?shù)膶崟r性要求。混沌是一種確定性的非線性系統(tǒng),它具有類隨機性、遍歷性和對初始狀態(tài)的高度敏感性等良好特點,已被廣泛運用于數(shù)字圖像加密。隨著混沌的引入,數(shù)字圖像加密技術得到了空前的發(fā)展,各種各樣的圖像加密算法層出不窮。這些

2、算法的出現(xiàn)極大的豐富了圖像加密技術的內(nèi)容,在保護數(shù)字多媒體安全方面體現(xiàn)了極大的應用價值。但是,當前的絕大多數(shù)圖像加密算法都是在CPU上開發(fā)的,也就是說,這些算法沒有考慮到圖像加密的可并行性,因而只能在CPU上串行執(zhí)行。這樣導致的直接后果就是雖然開發(fā)出來的圖像加密算法遠比一些傳統(tǒng)加密算法要快,但是仍然不能滿足人們在實時圖像加密中對加密速度的要求,因而無法得到普遍應用和推廣。對于實時圖像傳輸,若加密算法的運行速度很慢,即使這些算法的安全性再

3、高,也不具有實用價值。因此,如何設計一種高效、安全的圖像加密算法是圖像加密技術領域遇到的一個重要挑戰(zhàn)。
　　通用圖形處理器(GPGPU)作為一種新的大規(guī)模并行處理器,其表現(xiàn)出的強大的并行計算能力得到了人們的廣泛應用。為了充分利用 GPGPU強大的性能,提高圖像加密算法的執(zhí)行速度,本文研究了基于 GPGPU計算的數(shù)字圖像加密技術,提出了兩種基于開放計算語言(OpenCL)的并行圖像加密算法,即基于混沌—自逆矩陣的圖像加密算法(CSI

4、M)和基于混沌—比特級置亂的圖像加密算法(CBLP)。其中,CSIM算法包含像素位置置換運算和像素矩陣乘法運算,位置置換用于置亂( Confusion)圖像的像素位置,矩陣乘法用于擴散(Diffusion)圖像的像素值;CBLP算法包含像素位置置換、比特旋轉(zhuǎn)和異或運算,位置置換用于置亂圖像的像素位置,比特旋轉(zhuǎn)和異或用于擴散圖像的像素值。
　　為全面評估CSIM和CBLP算法的性能,本文分別從加密效率、密鑰空間及敏感性、灰度直方圖、