混沌理論在一次一密圖像加密及保密通信系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、非線性科學(xué)是研究非線性現(xiàn)象共性的基礎(chǔ)科學(xué)，其中混沌密碼學(xué)是非線性科學(xué)與密碼學(xué)交叉融合的一門新的科學(xué)。本文采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了混沌理論在一次一密圖像加密及保密通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。全文的主要工作如下:
　　(1)針對(duì)現(xiàn)有圖像加密算法中存在的問(wèn)題，如密鑰缺少自動(dòng)生成和變化機(jī)制、僅依靠加密輪數(shù)增強(qiáng)算法的安全性等，提出了由散列值到一次性密鑰的轉(zhuǎn)換算法，目的是在減少加密輪數(shù)的同時(shí)增強(qiáng)算法的安全性。利用離散混沌映射及連續(xù)混沌

2、系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一次一密的彩色圖像單幅加密和批量加密方案。其原理是把來(lái)自真隨機(jī)信息源采樣圖像或者明文圖像的散列值，生成混沌系統(tǒng)新的初值和參數(shù)作為一次性密鑰，經(jīng)迭代后生成一次性密鑰流加密圖像。其中利用了兩個(gè)混沌映射的耦合，通過(guò)初值變換減少迭代次數(shù)，避免了因浮點(diǎn)數(shù)有限精度而導(dǎo)致的混沌短周期效應(yīng)。
　　(2)分析并改進(jìn)了一種比特級(jí)灰度圖像加密算法，利用分段線性混沌映射取代Arnold貓映射，設(shè)計(jì)了比特級(jí)快速整體置亂算法，能夠同時(shí)混淆和擴(kuò)散任

3、意尺寸的圖像，克服了Arnold貓映射只能置亂等寬高圖像的弱點(diǎn)。利用Chen系統(tǒng)取代Logistic映射，克服了Logistic映射在控制參數(shù)的某些區(qū)間內(nèi)存在周期窗口的弱點(diǎn)。生成的三個(gè)偽隨機(jī)序列，經(jīng)NIST統(tǒng)計(jì)測(cè)試表明具有良好的偽隨機(jī)，分別用來(lái)加密紅、綠和藍(lán)三分量。
　　(3)設(shè)計(jì)了基于DNA密碼學(xué)的一次一密灰度圖像加密方案，利用了DNA編碼和DNA互補(bǔ)規(guī)則。每次加密時(shí)利用明文圖像的散列值動(dòng)態(tài)生成混沌映射的初值和參數(shù)，即使在不改變

4、公共初值的情況下，也能實(shí)現(xiàn)初值和參數(shù)的自動(dòng)變化。加密算法的設(shè)計(jì)是，先把原始圖像整體混淆，然后每個(gè)像素被編碼成四個(gè)堿基，利用DNA互補(bǔ)規(guī)則和混沌映射生成的偽隨機(jī)轉(zhuǎn)換次數(shù)，將每個(gè)堿基轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的互補(bǔ)配對(duì)堿基，得到密文圖像。統(tǒng)計(jì)和安全性分析驗(yàn)證了該方案的有效性。
　　(4)提出了基于Choquet模糊積分和超混沌Qi系統(tǒng)的彩色圖像加密方案，算法核心是利用Choquet模糊積分作為偽隨機(jī)數(shù)生成器。明文圖像的散列值被轉(zhuǎn)換成超混沌Qi系統(tǒng)的初

5、值，迭代Qi系統(tǒng)生成Choquet模糊積分初始輸入和隸屬度，將積分輸出的偽隨機(jī)序列加密像素，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該方案的有效性。
　　(5)提出了一種基于超混沌的異步抗噪聲的數(shù)字保密通信系統(tǒng)，采用動(dòng)態(tài)時(shí)滯和狀態(tài)變量切換增強(qiáng)了安全性。預(yù)處理后的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)加載到調(diào)幅后的混沌信號(hào)中，經(jīng)添加高斯白噪聲后發(fā)送出去。該系統(tǒng)對(duì)信道噪聲具有較強(qiáng)的抗干擾能力，只要噪聲幅值區(qū)間可以檢測(cè)到，通過(guò)噪聲系數(shù)和混沌信號(hào)增益的動(dòng)態(tài)調(diào)整，即可完整恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)。系