基于半像素交换置换的明文图像相关的混沌图像加密算法

摘要

由于互联网技术、云技术、智能手机系统的迅速发展，基于网络的服务迅猛增长起来，因此如何保证信息的安全已成为迫切的问题.过去数十年，许多学者提出了很多基于混沌系统的数字图像加密算法.由于传统的图像加密算法(如DES、IDEA等)的加密对象是文本信息，而图像信息与文本信息之间又有着很大的区别，比如数字图像所包含的信息量比文本信息量大得多，相邻像素具有很强的相关性等，因而采用传统的加密算法对图像进行加密已经不合时宜.目前，因为混沌系统具有伪随机性、遍历性以及对初始条件的依赖敏感性，同时混沌序列具有良好的混淆与扩散的密码特性而受到人类的青睐.这篇硕士论文所构造的图像加密算法也是基于混沌系统设计的.
　　这篇硕士论文提出了基于半像素间的置换交换策略的混沌图像加密算法.在新的置换操作中，高比特位平面和低比特位平面之间的像素交换代替了传统的置换操作.高4位比特位平面和低4位比特位平面之间的半像素交换策略，不仅提高了传统的置换加密算法的效率，而且改变了明文图像的像素灰度值，大大提高了加密的各种性能.对于彩色图像加密算法，首先提取彩色图像的三个颜色通道分量，再对三个通道分量的高比特位平面和低比特位平面进行半像素交换.用于置换操作的广义Arnold映射的控制参数设计为依赖于明文图像的像素值，从而可以有效的抵抗选择明文攻击和已知明文攻击.在扩散阶段，为了增强算法的安全性，一个多峰斜帐篷映射被用来产生伪随机灰度值序列，使得密钥空间和加密性能均得到提高.论文对所提出的两种加密算法进行了详细的实验分析，包括统计分析（直方图，相邻像素相关性，信息熵）、差分攻击分析、密钥敏感性分析、密钥空间分析、加密效率分析等.结果表明，两种加密算法均具有巨大的密钥空间，对密钥和明文非常敏感、能抵抗各种常见的密码攻击，并能很好抵御已知明文/选择明文攻击等优良性能.

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第 1 章 绪 论

1.1 本文研究的背景及意义

1 .2 数字图像加密研究现状

1 .3 数字图像加密技术的发展阶段

1 .4 本文的主要工作

第 2 章图像加密技术综述

2 .1 数字图像加密的基本概念与技术

2 .2 数字图像加密技术的特点

2 .3 数字图像加密的评价标准

第 3 章混沌系统

3 .1 混沌理论的历史

3 .2 混沌的定义

3 .3 混沌运动的特征

3 .4 混沌系统的判别依据

3 .5 典型的混沌系统

第 4 章基于半像素交换策略的图像加密算法

4 .1 交互置换平面的介绍

4 .2 灰度图像加密算法

4 .3 灰度图像加密算法的仿真实验与安全性分析

4 .4 彩色图像加密算法

4 .5 彩色图像加密算法的仿真实验与安全性分析

第 5 章本文总结

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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