基于动态多混沌与小波变换的图像加密隐藏方案研究

作     者：魏积愚 

作者单位：新疆财经大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李国东

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 08[工学] 070201[理学-理论物理] 081201[工学-计算机系统结构] 0702[理学-物理学] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：混沌理论 图像加密 动态控制 明文关联 

摘      要：随着人类文明突飞猛进,计算机技术与网络技术成为推动世界前行的重要科技。网络战,信息战掀起新的革命,信息安全遭受侵害愈发普遍。为保护国家安全与社会经济发展,对于开放网络环境中的信息传输,必须进行有效管理与保护。最初人们通常选择传统的密码学实现保密通信,但传统加密技术存在一定缺陷,在考虑更高安全性情况下,基于信息加密与隐藏相结合的通信技术相比具有明显优势,更加可靠安全,达到秘密通信双保险。本文主要围绕图像信息安全技术中的图像加密技术方案设计与图像隐藏技术方案设计进行研究,介绍了如何基于三维色彩空间,在变换域处理的基础上将混沌系统有效应用于图像处理方案设计中,研究的重点将主要在于深入完成如下两部分内容:1、针对部分图像加密算法中的混沌系统简单唯一,随机序列复杂度不足,密钥与明文图像关联性差,图像传输安全性低,抗攻击性差等问题。提出一种新的基于FWHT变换的动态多混沌彩色图像加密方案。该算法中包含三维广义Lorenz混沌,吕混沌和广义Chen混沌,及四维Rabinovich混沌联合PWLCM构建的高维级联R-P混沌,通过混沌系统迭代可产生具有更高遍历性和复杂度,更加难预测的序列。首先将彩色图像分解成为R、G和B的单色图像,图像预处理各通道分别进行FWHT变换,其次通过R、G、B每个通道的总像素灰度值控制动态统一混沌系统的参数随机产生不同混沌进行块间置乱、块内置乱以及合并后的全局置乱;最后Rabinovich超混沌系统产生序列控制PWLCM生成R-P序列对置乱后图像进行双向循环扩散及位间移位扩散,R、G、B密文图像叠加得到彩色密文图像。结果显示,密文图像直方图分布均匀,相关性几乎为0,信息熵大于7.9993,NPCR值和UACI值也近似于理论值,可有效抵抗各类攻击,具有较强加密性能。2、针对图像隐藏算法中部分不可见性低,鲁棒性弱,隐藏容量小的问题,基于彩色图像空间大,小波变换隐藏算法的鲁棒性强的特点提出一种基于多涡卷混沌加密预处理的小波域变换彩色图像加密隐藏方案。首先应用6涡卷混沌对隐藏图像进行严格加密,实现图像信息的首次加密隐藏;其次因lab空间为图像信息隐藏提供了更大的操作空间,有利于信息隐藏设计和预期性能的实现,对载体图像进行lab分层处理,并分别对颜色迁移后的l层,a层和b层空间进行GHM多小波变换;最后设定系数矩阵的嵌入顺序,将加密后的隐藏图像中间能量区域选择性嵌入,得到具有强鲁棒性,大容量的载密图像,仿真分析显示,原始图直方图与含密图直方图相似度极高,PSNR值为77.08,各项数据接近理想值,具有实际应用意义。