基于一维复合混沌映射的数字图像加密算法研究

发布时间：2017-12-10 16:26

  本文关键词：基于一维复合混沌映射的数字图像加密算法研究

  更多相关文章： 图像加密 一维复合混沌映射 Fibonacci-Lucas变换 压缩感知

【摘要】：随着通信和计算机网络技术的迅速发展,信息的安全传输问题受到越来越多的关注,而加密是一种保证信息安全传输的有效手段。由于图像自身数据量大、相关性强和冗余度高等特点,传统的加密方法并不适合图像加密,因而需要寻求新的解决途径。混沌理论的诞生和发展为图像加密的研究带来了希望。对初始条件的高度敏感性、各态历经性和伪随机性等是混沌现象的典型特征,其恰好与密码学的基本要求即混淆和扩散相一致。因而自上世纪90年代混沌理论被引入到图像加密中以来,混沌图像加密技术获得了蓬勃发展。图像加密中使用的混沌系统有连续与离散、高维与低维之分。一维离散混沌映射具有简单的结构、软硬件易于实现和运行速度快等优势,因而对于一维混沌映射的动力学特性及其应用研究具有现实的意义和广泛的应用前景。本文以一维混沌映射电路实现及其动力学特性改进为基础,以图像加密应用为目标,设计了帐篷映射和以其为基础的混沌脉冲序列发生器电路,根据三个一维映射的串并联混合构造了一维复合混沌系统,并基于一维复合混沌映射提出了几种混沌图像加密改进方法。论文的主要工作如下:1.基于帐篷映射的混沌脉冲序列发生器。针对目前混沌脉冲序列电路产生的脉冲序列参数不易控制以及脉冲序列产生电路本身需要外部信号控制的缺陷,以帐篷映射的电压模式实现为基础,经过简练和巧妙的设计构造了一种基于帐篷映射的混沌脉冲序列发生器的电路。该电路用更少的元器件实现了帐篷映射功能,产生的脉冲序列的时间间隔可通过改变电路中的可变电子元件来控制。利用电路产生的两个混沌映射即帐篷映射和脉冲时间间隔映射来对图像进行加密,实验结果验证了一维混沌映射在图像加密中的可行性。2.基于1DSPCM和两级整体置换图像加密改进算法。通过三个简单的一维映射按照先串联后并联的结构设计了一维复合混沌系统1DSPCM(1D Serial then-Parallel Chaotic Map),选择帐篷映射、逻辑斯蒂映射和正弦映射作为种子产生了一种一维复合混沌映射,较现有的一维混沌映射,该复合映射具有更大的密钥空间和李雅普诺夫指数。结合像素级和比特级的置乱,基于1DSPCM提出了两级整体置换的图像加密改进算法。先在比特平面选择每个像素的最高位,对这些最高位组成的序列进行整体置换,在此基础上对所有像素进行整体置换。为了抵抗选择明文攻击,扩散过程采用了依赖明文的扩散密钥。仿真结果表明该算法具有较大的密钥空间和抗统计分析攻击的能力,并在安全性和效率方面可取得很好的折中。3.基于Fibonacci-Lucas变换和双向扩散的快速图像加密算法。针对现有的置乱过程中每轮操作模式不变的缺陷,利用Fibonacci-Lucas变换所构成的变换集来对图像进行置乱操作。通过三个简单的一维映射,按照先并联后串联的次序,设计了一维复合混沌系统1DPSCM(1D Parallel then-Serial Chaotic Map)。根据混沌映射迭代序列和明文图像来确定每轮置乱的变换核,可以有效改善Fibonacci-Lucas变换的周期性导致的安全性降低的情形。扩散阶段采用了双向扩散策略,在获得相当的NPCR和UACI的情况下,该扩散结构较常规的扩散结构而言具有更高的时间效率。该方法不仅拥有较大的密钥空间并能有效抵抗差分攻击、统计攻击、选择明文攻击、噪声攻击和裁剪攻击,同时提高了加密效率。4.基于一维复合混沌映射和压缩感知的联合图像压缩加密算法。通过在1DPSCM中合理选择三个混沌映射得到了一个具有较大密钥空间而且分布较均匀的一维复合混沌映射。结合压缩感知理论提出了一种联合图像压缩加密改进算法。利用1DPSCM复合映射构造随机循环测量矩阵,对测量数据用Fibonacci-Lucas变换进行按块进行置乱操作,每轮的变换核由混沌映射确定。同时为了获得较高的NPCR和UACI,对置乱的测量数据采用简单的线性调整方法后进行扩散操作。实验仿真结果表明该一维复合混沌映射在联合图像压缩加密中具有一定的可行性,提出的联合压缩加密算法具有较大密钥空间、很好的抵御差分攻击能力以及一定的抗裁剪攻击鲁棒性。
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP309.7

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李赵红,侯建军,张煜,宋飞;基于级联混沌映射的图像加密算法[J];北京交通大学学报;2005年02期

2 魏旭;陆国平;陈秋琼;;基于混沌映射的数码防伪技术研究[J];电视技术;2012年19期

3 王伟;彭存建;;一种新型离散指数混沌映射的实现及其研究[J];现代电子技术;2014年01期

4 汪超;黄峰;李世军;;一种新的混沌映射模式加密算法[J];计算机工程与应用;2008年32期

5 钟黔川;朱清新;张平莉;;参数可变的多混沌映射加密系统[J];电子科技大学学报;2009年02期

6 苏鹏;;基于混沌映射和离散变换的零水印算法[J];徐州建筑职业技术学院学报;2011年01期

7 钟黔川;;一种混沌映射密码算法的安全性分析[J];西昌学院学报(自然科学版);2011年04期

8 刘景琳;冯明库;;基于k错穷尽熵分析离散混沌映射稳定性的新方法[J];电讯技术;2012年02期

9 魏旭;陆国平;陈秋琼;;基于双重混沌映射的数码防伪技术研究[J];微电子学与计算机;2012年08期

10 何振亚,李克,杨绿溪;具有良好安全性能的混沌映射二进制序列[J];电子科学学刊;1999年05期

中国重要会议论文全文数据库 前9条

1 梁晓明;高婷;吕华平;;无标度混沌映射网络的开-关间歇振荡[A];2006全国复杂网络学术会议论文集[C];2006年

2 陈强洪;;基于简单混沌映射的随机数产生器[A];图像 仿真 信息技术——第二届联合学术会议论文集[C];2002年

3 陈增强;周茜;;KENT混沌映射在数字喷泉编码技术中的应用[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年

4 王正;朱兴动;黄葵;;基于混沌映射的数字图像加密及仿真研究[A];'2008系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2008年

5 王正;王波;朱兴动;;基于离散混沌映射的RGB数字图像加密算法[A];第八届全国动力学与控制学术会议论文集[C];2008年

6 王正;朱兴动;黄葵;刘永新;;基于离散混沌映射的数字图像加密通信算法[A];图像图形技术与应用进展——第三届图像图形技术与应用学术会议论文集[C];2008年

7 陈永强;孙华宁;;基于二维混沌映射的数字图像加密算法[A];中国粮油学会第三届学术年会论文选集（下册）[C];2004年

8 刘佳;杨文革;余金峰;;混沌扩频序列相关性能仿真分析[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集（下册）[C];2010年

9 徐耀群;;一种混沌hash函数及应用[A];2005通信理论与技术新进展——第十届全国青年通信学术会议论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 张同锋;基于一维复合混沌映射的数字图像加密算法研究[D];兰州大学;2016年

2 王希忠;基于MPI的分段线性混沌映射加密算法的研究[D];哈尔滨理工大学;2014年

3 张雪锋;混沌序列生成技术及其若干应用研究[D];西安电子科技大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 韩文娟;基于混沌映射的加密算法研究[D];中央民族大学;2012年

2 郑永爱;混沌映射的随机性分析[D];国防科学技术大学;2007年

3 魏雷;基于四维超混沌映射的图像加密算法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 赵明明;基于高维混沌映射的图像加密技术[D];哈尔滨工业大学;2011年

5 李厦;基于混沌映射的数字图像置乱算法[D];哈尔滨理工大学;2008年

6 康晓云;基于时空混沌映射的图像加密算法研究[D];汕头大学;2011年

7 方旋;基于混沌映射的散列算法改进及其在密钥协商协议中的应用[D];武汉工程大学;2013年

8 于佳;Cubic混沌映射及其在混沌掩盖通信中的应用[D];吉林大学;2007年

9 朱凯;基于变参Tent混沌映射的加密方法研究和实现[D];重庆师范大学;2009年

10 徐贵森;基于Logistic混沌映射的信息高位空域隐藏方法研究[D];哈尔滨理工大学;2008年

，

本文编号：1275175