基于GPGPU計(jì)算的數(shù)字圖像加密技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字多媒體技術(shù)的快速發(fā)展,如何在網(wǎng)絡(luò)中高效、安全的傳輸數(shù)字圖像引起了人們的廣泛關(guān)注。由于數(shù)字圖像具有數(shù)據(jù)量大、冗余性高、圖像像素相關(guān)性強(qiáng)等內(nèi)在特性,使得傳統(tǒng)的加密算法(如DES和 AES等)并不能滿足圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求?；煦缡且环N確定性的非線性系統(tǒng),它具有類(lèi)隨機(jī)性、遍歷性和對(duì)初始狀態(tài)的高度敏感性等良好特點(diǎn),已被廣泛運(yùn)用于數(shù)字圖像加密。隨著混沌的引入,數(shù)字圖像加密技術(shù)得到了空前的發(fā)展,各種各樣的圖像加密算法層出不窮。這些

2、算法的出現(xiàn)極大的豐富了圖像加密技術(shù)的內(nèi)容,在保護(hù)數(shù)字多媒體安全方面體現(xiàn)了極大的應(yīng)用價(jià)值。但是,當(dāng)前的絕大多數(shù)圖像加密算法都是在CPU上開(kāi)發(fā)的,也就是說(shuō),這些算法沒(méi)有考慮到圖像加密的可并行性,因而只能在CPU上串行執(zhí)行。這樣導(dǎo)致的直接后果就是雖然開(kāi)發(fā)出來(lái)的圖像加密算法遠(yuǎn)比一些傳統(tǒng)加密算法要快,但是仍然不能滿足人們?cè)趯?shí)時(shí)圖像加密中對(duì)加密速度的要求,因而無(wú)法得到普遍應(yīng)用和推廣。對(duì)于實(shí)時(shí)圖像傳輸,若加密算法的運(yùn)行速度很慢,即使這些算法的安全性再

3、高,也不具有實(shí)用價(jià)值。因此,如何設(shè)計(jì)一種高效、安全的圖像加密算法是圖像加密技術(shù)領(lǐng)域遇到的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。
　　通用圖形處理器(GPGPU)作為一種新的大規(guī)模并行處理器,其表現(xiàn)出的強(qiáng)大的并行計(jì)算能力得到了人們的廣泛應(yīng)用。為了充分利用 GPGPU強(qiáng)大的性能,提高圖像加密算法的執(zhí)行速度,本文研究了基于 GPGPU計(jì)算的數(shù)字圖像加密技術(shù),提出了兩種基于開(kāi)放計(jì)算語(yǔ)言(OpenCL)的并行圖像加密算法,即基于混沌—自逆矩陣的圖像加密算法(CSI

4、M)和基于混沌—比特級(jí)置亂的圖像加密算法(CBLP)。其中,CSIM算法包含像素位置置換運(yùn)算和像素矩陣乘法運(yùn)算,位置置換用于置亂( Confusion)圖像的像素位置,矩陣乘法用于擴(kuò)散(Diffusion)圖像的像素值;CBLP算法包含像素位置置換、比特旋轉(zhuǎn)和異或運(yùn)算,位置置換用于置亂圖像的像素位置,比特旋轉(zhuǎn)和異或用于擴(kuò)散圖像的像素值。
　　為全面評(píng)估CSIM和CBLP算法的性能,本文分別從加密效率、密鑰空間及敏感性、灰度直方圖、