基于保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換和混沌的圖像加密.pdf

1、信息化的浪潮下,互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展雖然為人們帶來了極大便利,但也帶來了不容忽視的安全隱患問題。圖像因其生動(dòng)直觀的特點(diǎn),成為目前表達(dá)信息的一個(gè)重要手段,同時(shí)也是人們最愿接受和使用的一種表達(dá)方式。因此,如何保證圖像信息在網(wǎng)絡(luò)中的安全交互,防止非法接收者對(duì)圖像的惡意破壞,成為研究的熱點(diǎn)。圖像加密技術(shù)能夠有效地將有意義的明文圖像轉(zhuǎn)換成無法識(shí)別且雜亂無章的密文圖像,從而達(dá)到保護(hù)圖像信息安全性的目的。分?jǐn)?shù)階變換因具有分?jǐn)?shù)階敏感性被引入到圖像加密領(lǐng)

2、域,目前,已提出一系列基于分?jǐn)?shù)階變換的數(shù)字圖像加密算法。然而,大部分基于分?jǐn)?shù)階變換的圖像加密系統(tǒng)的輸出都是復(fù)值圖像,即同時(shí)包含了振幅信息和相位信息,非常不利于圖像的顯示、傳輸和存儲(chǔ)。除此之外,分?jǐn)?shù)階的敏感性較弱,同時(shí)分?jǐn)?shù)階的周期性也限制了加密系統(tǒng)的密鑰空間。為了解決這一問題,本文將保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換引入圖像加密領(lǐng)域。作為一種保實(shí)變換,保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換保證了實(shí)值輸入、實(shí)值輸出。同時(shí),引入新的參數(shù)——產(chǎn)生序列(Generating S

3、equence,GS)當(dāng)作密鑰使用,擴(kuò)大了加密算法的密鑰空間,從而提高了算法的安全性。本文具體研究工作概況如下:
　　1、提出了基于保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換的圖像加密算法。該加密算法的重要意義是充分利用了保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換的保實(shí)性與去相關(guān)性,即加密后的圖像是實(shí)值的,而且足夠混亂,相鄰像素的相關(guān)性較低。加密過程中,對(duì)于引入的GS序列,使用2D Logistic映射控制產(chǎn)生,這樣,混沌映射的初值和系統(tǒng)參數(shù)高度敏感性提供了高安全性。計(jì)算機(jī)

4、仿真結(jié)果表明,該加密算法能夠有效地實(shí)現(xiàn)圖像的加密和解密,雖然分?jǐn)?shù)階的敏感度不高,但混沌映射的密鑰空間就足以滿足加密系統(tǒng)的安全性要求,而且該加密算法具有良好的魯棒性。
　　2、提出了基于YCbCr顏色空間和保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換的單通道彩色圖像加密算法。彩圖圖像在YCbCr空間,相對(duì)于其他兩個(gè)分量,人眼對(duì)Y分量較敏感。結(jié)合頻譜切割技術(shù),按比例對(duì)三個(gè)分量的離散余弦譜進(jìn)行切割,并拼接成一個(gè)分量,然后對(duì)其實(shí)施保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換。為了克服加

5、密系統(tǒng)的線性性質(zhì)帶來的安全隱患,增加加密系統(tǒng)的破譯難度,引入混沌置亂,實(shí)現(xiàn)圖像的雙重加密。加密系統(tǒng)的輸出結(jié)果不再是彩色圖像,而是一幅灰度圖像。數(shù)值仿真結(jié)果表明該加密算法能夠有效地實(shí)現(xiàn)彩色圖像的單通道加密,同時(shí)具有較強(qiáng)的抗攻擊能力,密鑰靈敏度高。除此之外,該加密算法還可以實(shí)現(xiàn)三幅灰度圖像的加密。
　　3、提出了基于保實(shí)分?jǐn)?shù)離散余弦變換和置亂的三彩色圖像加密算法。在加密過程中,首先將三幅RGB彩色圖像轉(zhuǎn)換成索引圖像,將三幅索引圖像作為