基于时空混沌系统的彩色图像加密算法的研究

作     者：王大炜 

作者单位：河南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：武相军

授予年度：2016年

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：时空混沌 DNA编码 小波变换 彩色图像加密 

摘      要：随着计算机技术的快速发展和多媒体技术的广泛运用,越来越多的多媒体信息通过网络进行传输,数字图像因其信息量大、表达形象、直观等特点而成为当今最常见、最重要的信息载体之一。如何在一个相对开放的网络环境下安全存储和传输图像信息,日益成为迫切需要解决的问题。混沌系统具有对初始条件及参数值极强的敏感性、伪随机性、遍历性等优良特性,非常适合用于图像加密。近年来,基于混沌的图像加密研究已成为信息安全领域一个异常活跃的研究方向,受到了国内外研究人员的广泛关注。本文基于时空混沌、二维离散小波变换技术和DNA序列运算,设计了两种彩色图像加密算法,并分析了所提算法的性能。本文主要工作和研究结果如下:1、提出了一种新的基于YIQ空间和提升离散小波变换DWT(Discrete Wavelet Transform)的混沌彩色图像无损加密算法。首先,将彩色明文图像从RGB空间转换至YIQ空间并分解成Y、I、Q分量,利用2级二维离散小波变换将各基色分量转换到小波域并改变各子带大小。然后,利用二维离散小波逆变换将各子带转换到空间域,得到小波加密图像。最后,利用时空混沌系统产生的混沌序列并优化改进,并利用改进后的序列对小波加密图像进行置乱处理,将置乱图像从YIQ空间转换至RGB空间,从而得到密文图像。通过仿真实验,其结果表明,该算法是一种无损的加密算法,且算法密钥空间大、像素相关性低,适用于对数字图像进行加密。2、提出了一种基于DNA编码的混沌图像加密算法。首先将明文图像转换成DNA序列矩阵,并运用DNA加法或减法运算对DNA序列进行运算处理;然后,将DNA序列矩阵转换为图像,并利用时空混沌系统产生的混沌序列置乱图像;最后,利用混沌密钥流和按位异或运算对图像像素值进行扩散处理。该算法加密效果良好,具有较高的安全性。