基于混沌的圖像加密算法的研究.pdf

1、多媒體數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)絡(luò)上的廣泛傳播和數(shù)字圖像處理的快速發(fā)展，促使人們意識(shí)到自身信息保護(hù)的重要性，以防非法復(fù)制和擴(kuò)散。因此，保護(hù)圖像數(shù)據(jù)免受非法攻擊就顯得尤為重要?；煦缫?yàn)樽约旱墓逃刑卣鳎簩?duì)初值的高度敏感性和良好的隨機(jī)性，促使其在密碼學(xué)領(lǐng)域引起關(guān)注并得到利用。隨著混沌密碼學(xué)的深入研究，密碼研究者陸續(xù)提出了很多有關(guān)此方面的圖像加密算法。然而目前提出的加密算法中有很多都是根據(jù)作者自行設(shè)定的規(guī)則去進(jìn)行，缺乏理論知識(shí)的支撐，難免會(huì)出現(xiàn)邏輯上的不足，

2、給密碼攻擊者可乘之機(jī)。另外，某些加密方案是將混沌系統(tǒng)的序列參數(shù)直接與圖像矩陣相結(jié)合，雖效果不錯(cuò)，但可能因設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而使加密方案出現(xiàn)安全性不足的問(wèn)題?；诖?，本文在混沌研究前提下，借鑒幾種經(jīng)典游戲或算法，如人工智能中的八數(shù)碼游戲，機(jī)器學(xué)習(xí)中的k均值算法以及常見(jiàn)的漢諾塔問(wèn)題，設(shè)計(jì)出一些新的圖像加密算法，主要工作如下：
　　(1)借鑒八數(shù)碼難題的解決策略，設(shè)計(jì)了一種基于混沌和游戲策略的彩色圖像加密算法。該算法把整個(gè)彩色圖像的三維結(jié)構(gòu)想象為

3、一個(gè)游戲“棋盤(pán)”，彩圖分量像素值看作“棋子”。選擇出一定的“棋子”與空白處，按照游戲規(guī)則移動(dòng)棋盤(pán)中的“棋子”以達(dá)到混淆圖像像素的目的。
　　(2)提出了一種應(yīng)用k均值聚類算法的加密方案，該方案是將圖像的每個(gè)像素看作一個(gè)個(gè)的“點(diǎn)”。使用Logistic混沌映射生成每個(gè)“點(diǎn)”的坐標(biāo)，將這些“點(diǎn)”通過(guò)k均值算法進(jìn)行聚類。依據(jù)聚類結(jié)果將同個(gè)類別的“點(diǎn)”簇在一起，類別則以自然順序排列，之后得到置亂圖像。最后，根據(jù)分段線性混沌產(chǎn)生的參數(shù)矩陣與

4、置亂過(guò)程后得到的圖像矩陣進(jìn)行異或操作達(dá)到像素?cái)U(kuò)散的目的。
　　(3)利用漢諾塔問(wèn)題的解決思維設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種新的加密算法。算法將圖像像素點(diǎn)當(dāng)作塔座上的“圓盤(pán)”，這些“圓盤(pán)”是按編號(hào)排列的。依據(jù)漢諾塔規(guī)則將塔座上的“圓盤(pán)”轉(zhuǎn)換到另一塔座上的思想打亂圖像，擴(kuò)散是對(duì)圖像左右兩部分同時(shí)加密后再對(duì)整體圖像進(jìn)行加密，最終得到加密圖像。
　　根據(jù)以上三個(gè)方案分別進(jìn)行圖像加密操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析均表明：上述加密模式都具備良好的加密效果，