基于混沌的图像加密压缩算法的研究

发布时间：2021-04-20 16:16

　　数字图像因其能够较为形象地传递信息而被广泛应用于人们的生活中,并成为现代通信领域重要的信息载体。然而,图像的数据量庞大且存在冗余,同时存储和传输过程中容易泄露信息。为了提高图像数据的存储、传输效率及安全性,对图像进行压缩和加密非常必要。将图像的加密和图像的压缩结合在一起同步完成可以带来设计上的灵活和计算上的简化。同时,加密和压缩混合完成,可以更好的保证安全性。然而,由于图像加密是对图像进行扩散和混淆,会破坏像素之间的相关性,而图像的压缩需要利用图像的相关性以去除冗余。因此,二者之间存在明显的矛盾。如何将二者的矛盾降低到最低限度,既能保证良好的压缩性能,又能保证良好的加密效果,将二者很好的结合起来是一个十分有意义的课题。混沌作为一种自由度很高的非线性动态系统,其良好的密码学特性使得基于混沌的密码系统具有良好的随机性。同时,混沌运动所存在的确定性,令其在密码领域容易实现,计算代价较低,非常适合大数据量的图像的加密处理。本文基于混沌理论,在图像压缩加密联合研究上做了以下几方面工作:（1）超混沌系统及伪随机序列产生算法。混沌系统的理论研究是保证混沌加密算法安全性的前提,同时计算机精度的限制使得... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：179 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 混沌理论研究
        1.2.1 混沌定义与动力学特征
        1.2.2 混沌运动的分析方法
        1.2.3 混沌密码学
    1.3 图像压缩编码技术研究
        1.3.1 统计编码
        1.3.2 面向变换域的图像编码
        1.3.3 预测编码
    1.4 课题国内外研究现状
        1.4.1 基于混沌的图像加密技术研究现状
        1.4.2 图像压缩技术研究现状
        1.4.3 图像压缩加密联合技术研究现状及分析
        1.4.4 国内外研究现状存在问题分析
    1.5 评价方法与评价指标
        1.5.1 安全性能评价
        1.5.2 压缩性能评价
        1.5.3 运行效率评价
    1.6 本文的主要研究内容与章节安排
第2章 超混沌系统构造及伪随机序列产生算法
    2.1 引言
    2.2 超混沌系统构造及分析
        2.2.1 超混沌系统构造
        2.2.2 超混沌系统性能分析
    2.3 基于超混沌的伪随机序列产生算法
        2.3.1 基于超混沌的伪随机序列产生
        2.3.2 基于超混沌的伪随机序列性能分析
    2.4 超混沌密码在多种格式图像加密中的应用
        2.4.1 整体方案设计
        2.4.2 加密设计
        2.4.3 身份校验设计
        2.4.4 实验结果与安全性分析
    2.5 本章小结
第3章 图像有损压缩加密联合算法研究
    3.1 引言
    3.2 基于DCT图像压缩加密联合算法研究
        3.2.1 DCT原理
        3.2.2 整体方案设计
        3.2.3 加密设计
        3.2.4 实验结果与安全性分析
    3.3 基于曲波变换的图像压缩加密联合算法研究
        3.3.1 整体方案设计
        3.3.2 基于曲波变换的压缩设计
        3.3.3 加密设计
        3.3.4 实验结果与安全性分析
    3.4 本章小结
第4章 基于IWT和 SPIHT的图像无损压缩加密联合算法研究
    4.1 引言
    4.2 IWT和 SPIHT原理
        4.2.1 整数小波变换
        4.2.2 SPIHT编码
    4.3 方案总体框架
        4.3.1 Zp上的逆操作
        4.3.2 小波系数加密
        4.3.3 安全SPIHT编码
        4.3.4 SPIHT码流加密
    4.4 实验结果与安全性分析
        4.4.1 实验结果
        4.4.2 压缩性能分析
        4.4.3 安全性能分析
        4.4.4 计算复杂度和效率分析
        4.4.5 无损恢复测试
    4.5 本章小结
第5章 基于CALIC的图像无损压缩加密联合算法研究
    5.1 引言
    5.2 CALIC算法原理
        5.2.1 梯度自适应预测器
        5.2.2 上下文选择和量化
        5.2.3 预测误差的上下文建模
        5.2.4 二进制模式
    5.3 方案总体框架
    5.4 加密设计
        5.4.1 明文像素加密
        5.4.2 熵编码码流加密
        5.4.3 GAP预测值与最终残差加密
    5.5 实验结果与安全性分析
        5.5.1 实验结果
        5.5.2 压缩性能评估
        5.5.3 安全性能分析
        5.5.4 算法容错性分析
        5.5.5 计算复杂度和效率分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种结合JPEG压缩编码的彩色图像加密算法[J]. 肖迪,谢沂均.  物理学报. 2013(24)
[2]小波变换和SHA-1相结合的图像压缩加密[J]. 李园园,张绍武.  中国图象图形学报. 2013(04)
[3]一种混沌密码序列周期特性检测新方法[J]. 郑艳斌,宋煜,杜宝祥,潘晶,丁群.  物理学报. 2012(23)
[4]对“一种超混沌图像加密算法的安全性分析及其改进”的选择明文攻击[J]. 俞斌.  计算机应用研究. 2013(02)
[5]Logistic映射控制的安全算术编码及其在图像加密中的应用[J]. 代才莉,包万宇.  重庆大学学报. 2012(08)
[6]基于SPIHT的图像加密与压缩关联算法[J]. 杨华千,廖晓峰,Kwok-Wo Wong,张伟,韦鹏程.  物理学报. 2012(04)
[7]受控Rabinovich系统的超混沌系统[J]. 刘永建.  控制理论与应用. 2011(11)
[8]一种新的Rossler混沌序列图像加密算法[J]. 邓玥,王光义,袁方.  杭州电子科技大学学报. 2011(05)
[9]新型数字混沌密钥序列发生器的周期扩展方法及实现[J]. 丁群,王路.  仪器仪表学报. 2011(10)
[10]一种超混沌图像加密算法的安全性分析及其改进[J]. 王静,蒋国平.  物理学报. 2011(06)

博士论文
[1]混沌系统的鲁棒性研究及在图像加密中的应用[D]. 韩丹丹.北京科技大学 2016
[2]混合时空混沌模型在混沌密码学中的应用研究[D]. 张盈谦.大连理工大学 2015
[3]基于超混沌的数字加密及复杂网络同步技术研究[D]. 刘鹏.吉林大学 2011
[4]混沌伪随机序列及其应用研究[D]. 韦鹏程.重庆大学 2008
[5]无线微传感器网络混沌加密理论及其关键技术研究[D]. 陈帅.重庆大学 2006
[6]遥感图像信息系统的设计与分析[D]. 罗睿.解放军信息工程大学 2001

硕士论文
[1]联合图像压缩和加密技术研究[D]. 吴燕.南昌大学 2013



本文编号：3150004