基于混沌與門限方案的圖像加密方法研究.pdf

1、隨著計(jì)算智能的快速發(fā)展，圖像所攜帶敏感信息的安全性越來(lái)越備受人們的關(guān)注。因此，圖像加密算法也逐漸成為信息安全領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。近幾年，利用混沌特性對(duì)圖像進(jìn)行加密的算法也越來(lái)越完善。非線性系統(tǒng)參數(shù)取特定的值時(shí)，其動(dòng)力學(xué)行為會(huì)非常依賴初始值的變化，而且迭代軌道不可精確預(yù)測(cè)。因此，該特性可以更好的應(yīng)用到密碼學(xué)中的擴(kuò)散和混亂過(guò)程。此外，混沌系統(tǒng)的數(shù)學(xué)方程是確定的，只需要保障混沌參數(shù)和初始值的安全性，就可以重構(gòu)出混沌序列。
　　基于混沌的

2、圖像保護(hù)方法包括兩方面，一方面是利用離散形式的混沌系統(tǒng)來(lái)迭代生成混沌序列，來(lái)改變圖像像素的布局與替換像素灰度值，從而達(dá)到加密的效果；另一方面是基于混沌與門限方案的圖像共享技術(shù)，通過(guò)多人合作來(lái)恢復(fù)原始圖像，即使部分圖像份額丟失，仍可重構(gòu)出原始圖像。
　　論文對(duì)基于分段線性函數(shù)的圖像編碼與解碼進(jìn)行了比較深入的探討，研究了基于圖像塊的分段線性函數(shù)的構(gòu)造，并分析了其混沌特性。將基于信息熵的壓縮編碼與中國(guó)剩余定理（CRT）結(jié)合，可以有效地減

3、小影子圖尺寸，即改善影子圖的數(shù)據(jù)膨脹問(wèn)題。論文中將原始圖像分割成若干個(gè)小的圖像方塊，統(tǒng)計(jì)每個(gè)圖像塊中不同的像素值所占比重，經(jīng)過(guò)換算轉(zhuǎn)化成概率分布，進(jìn)而利用概率來(lái)構(gòu)造分段線性區(qū)間及其對(duì)應(yīng)的分段線性函數(shù)。然后，利用分段線性函數(shù)及其逆函數(shù)對(duì)分塊圖像進(jìn)行解碼與編碼。由于每個(gè)圖像塊最終編碼長(zhǎng)度不一定相等，需要對(duì)最終所有圖像塊的編碼進(jìn)行分組處理，保證每組包含相同長(zhǎng)度的二進(jìn)制位。將二進(jìn)制序列轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制，即待共享的密值。為了提高影子圖對(duì)原始圖像

4、像素改變的敏感性，利用混沌序列對(duì)密值序列進(jìn)行置亂處理。當(dāng)改變塊圖像中像素值時(shí)，其對(duì)應(yīng)的熵值亦會(huì)改變。如果其未發(fā)生變化，則生成一個(gè)小隨機(jī)數(shù)疊加到該熵值上。然后，將所有塊圖像中的熵值構(gòu)成一個(gè)集合，計(jì)算該集合的方差，作為L(zhǎng)ogistic映射進(jìn)入混沌狀態(tài)時(shí)迭代的起始點(diǎn)，能夠得到不同的迭代軌道。用其對(duì)密值序列重新排序，能達(dá)到較好的抵抗差分攻擊的效果。最后，利用CRT構(gòu)建門限共享方案，將置亂后的密值序列轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的影子圖，分發(fā)給若干位合法的參與成員

5、。
　　此外，論文中分析了參與成員數(shù)量發(fā)生變化，即授權(quán)子集中包含新增成員。改進(jìn)算法可以確保原有的參與成員手中的份額不變，通過(guò)與新增成員合作仍可以恢復(fù)出共享密值。為了保障共享方案的安全性，防止參與成員之間出現(xiàn)欺騙行為。論文設(shè)計(jì)了基于非對(duì)稱密碼的身份認(rèn)證方案，只有通過(guò)驗(yàn)證的參與成員，才能利用各自獨(dú)立擁有的密值份額，相互合作恢復(fù)出共享密值。通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)值仿真，并分析影子圖的安全性相關(guān)判定指標(biāo)，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均符合理論要求，說(shuō)明論文中