混沌偽隨機序列及其在數(shù)字圖像加密應(yīng)用的研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們迫切需要研究和開發(fā)出更多安全、高效、可靠的方法來保護數(shù)據(jù)的安全?；煦缦到y(tǒng)具有許多良好的性質(zhì)，如對初始條件和控制參數(shù)的敏感性、周期點集的稠密性和拓?fù)鋫鬟f性。這些性質(zhì)和密碼學(xué)中的混淆與擴散特性有著密切的關(guān)系。從上世紀(jì)80年代以來，混沌密碼學(xué)的研究日益受到關(guān)注，提出了大量基于混沌的加密算法，取得了不少充滿希望的進展。然而，近期的研究表明，原來曾被認(rèn)為是實用性強和安全性高的混沌密碼方案已證實為效率低、不安

2、全和不可用。如何通過深入的分析研究，設(shè)計出實用性強和安全性高的混沌密碼方案日漸成為急待解決的突出問題。
　　 本論文在基于目前混沌密碼學(xué)界已經(jīng)取得的研究成果的基礎(chǔ)上，主要致力于基于混沌映射的偽隨機序列發(fā)生器以及數(shù)字混沌圖像加密算法的設(shè)計和分析研究。本論文的研究工作和主要創(chuàng)新之處包括以下幾個方面：
　　 ①對混沌理論基礎(chǔ)作了簡要的論述。對基于混沌理論的密碼技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了詳細(xì)分析。首先介紹了混沌理論與密碼學(xué)的關(guān)系，接著

3、系統(tǒng)介紹了混沌序列密碼、混沌分組密碼、混沌公鑰等混沌密碼和基于混沌的圖像加密。
　　 ②提出了一種基于線性分段混沌映射(PWLCM)的收縮式偽隨機序列發(fā)生器，該發(fā)生器能有效克服線性分段混沌映射所具有的“逐段線性”的缺點。分析表明，該發(fā)生器具有良好的密碼學(xué)特性。此外，針對離散化后二維混沌映射所產(chǎn)生的退化問題，我們提出一種簡單的后處理方式。實驗表明，該算法產(chǎn)生的序列具有良好的性能。
　　 ③基于前面提出的偽隨機序列發(fā)生器，論

4、文提出了一種圖像加密算法。算法由重復(fù)迭代的擴散/替換操作組成。算法采用并行的垂直擴散和水平擴散方式，并輪流應(yīng)用在擴散操作中。在替換操作中，會話密鑰由初始密鑰和明文圖像共同決定，能有效地抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊。此外，我們還提出了一種彩色圖像加密算法。根據(jù)彩色圖像的特點，擴散操作在不同顏色分量中交叉進行，以保證不同顏色分量的微小變動會擴散到其他顏色分量。同時，根據(jù)圖像(0，0)點在貓映射作用下不改變的特點，偽隨機序列發(fā)生器和置亂操作

5、的參數(shù)由初始密鑰和(0，0)點的像素值共同決定，從而有效地抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊。實驗表明，我們提出的算法具有較高的安全性。
　　 ④結(jié)合圖像中的可逆隱藏技術(shù)，本論文提出了兩種圖像認(rèn)證加密算法。在第一種方案中，明文圖像的消息認(rèn)證碼首先以可逆方式嵌入明文圖像，再將被嵌入的明文圖像與偽隨機序列以密碼塊鏈接(CBC)的方式生成密文圖像。算法不僅能有效地抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊，也能完成對圖像的認(rèn)證。在第二種方案中，首先對

6、圖像加密，然后產(chǎn)生密文圖像的消息認(rèn)證碼，并以可逆方式嵌入。此外，基于第一種方法，本論文還提出了一種具有篡改定位的圖像認(rèn)證加密算法。算法除了具有加密認(rèn)證的功能外，還具有篡改定位的能力。
　　 ⑤分析了目前壓縮圖像加密算法的安全性。在此基礎(chǔ)上，本論文提出了一種將空域加密和頻域加密相結(jié)合的算法。算法能在實現(xiàn)壓縮圖像安全性的同時，將對圖像壓縮效率的影響降到最低。
　　 最后，對論文工作進行了全面的總結(jié)，并對今后的研究方向進行了展