基于壓縮感知的混合圖像加密算法研究.pdf

1、近些年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體技術(shù)的迅猛發(fā)展，圖像傳輸/存儲(chǔ)過(guò)程中的安全問(wèn)題凸顯。圖像與文本不同，其自身具有大數(shù)據(jù)量，相鄰像素間強(qiáng)相關(guān)和能量不均勻分布等特點(diǎn)。在帶寬/存儲(chǔ)空間受限的情況下，傳輸/存儲(chǔ)大數(shù)據(jù)量圖像時(shí)通常需要同時(shí)考慮加密和壓縮兩個(gè)問(wèn)題，而傳統(tǒng)的加密算法無(wú)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓縮和加密兩個(gè)過(guò)程。同時(shí)，傳統(tǒng)加密算法效率過(guò)低且往往不能去除相鄰像素間相關(guān)性。因此，專(zhuān)門(mén)針對(duì)于圖像的加密算法的研究就變得十分必要。
　　由于壓縮感知理論可以同

2、時(shí)實(shí)現(xiàn)高壓縮和加密兩個(gè)過(guò)程，一經(jīng)提出，便被廣泛應(yīng)用到圖像加密領(lǐng)域。但是，單純的基于壓縮感知的圖像加密算法存在密鑰量大和容易受到安全攻擊等不足。而光學(xué)技術(shù)和混沌技術(shù)由于本身的一些優(yōu)勢(shì)，成為圖像加密領(lǐng)域最重要、最經(jīng)典的兩大技術(shù)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)混沌和光學(xué)各自的特點(diǎn)，把壓縮感知和其中的一種或者兩種技術(shù)結(jié)合起來(lái)用于圖像加密，以彌補(bǔ)簡(jiǎn)單基于壓縮感知的圖像加密算法的不足，并提出了各種各樣的基于壓縮感知的混合圖像加密算法。仿真結(jié)果和理論分析均證

3、明，這些基于壓縮感知的混合圖像加密算法性能要優(yōu)于單純基于壓縮感知的圖像加密算法。
　　本論文對(duì)基于壓縮感知、混沌和光學(xué)的混合圖像加密算法進(jìn)行了總結(jié)提煉，概括出六個(gè)基本框架，并分別就這六種框架的優(yōu)缺點(diǎn)以及未來(lái)的改進(jìn)方向進(jìn)行了分析和討論。
　　同時(shí)，在最新的基于壓縮感知的混合加密框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，提出了基于壓縮感知、一維復(fù)合混沌映射和離散分?jǐn)?shù)階隨機(jī)變換的自適應(yīng)雙彩色圖像加密算法。首先，兩幅明文彩色圖像的RGB分量分別被壓縮感

4、知編碼加密。其中，測(cè)量矩陣是由復(fù)合一維混沌映射控制生成的。然后，把測(cè)量所得的實(shí)數(shù)矩陣合并為復(fù)值矩陣。最后，對(duì)復(fù)值矩陣進(jìn)行基于混沌映射和分?jǐn)?shù)階隨機(jī)變換的雙隨機(jī)相位編碼得到密文矩陣?？紤]到壓縮感知和大多數(shù)雙隨機(jī)相位編碼均屬于線(xiàn)性變換存在一定的安全問(wèn)題，在雙隨機(jī)相位編碼過(guò)程中，我們充分利用彩色圖像區(qū)別于灰度圖的特征，設(shè)計(jì)了RGB分量交叉循環(huán)控制且密鑰序列不僅由混沌映射生成同時(shí)受明文圖像影響的兩輪自適應(yīng)隨機(jī)相位編碼。仿真結(jié)果和理論分析證明該算法