基于混沌的数字图像加密算法研究与硬件实现

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伴随着网络和电子技术的不断发展,信息的保密问题愈发显得突出。而作为一种承载信息的重要载体,数字图像也开始大量的在网络中进行传输,对这些图像进行加密以保证信息的安全显得尤为重要。由于混沌系统的许多特性与密码学的许多要求非常吻合,在之前的数字图像加密算法中,它已显现出了极大的优越性。本文指出了应用基本的三维Arnold映射对数字图像进行加密存在的不足,并在此基础上进行了改进;论述了另一种新的基于混沌的数字图像加密方案,并在嵌入式平台中进行了设计验证。   本文简述了信息安全的现状,比较系统的介绍了密码学和混沌理论的基本知识,对混沌加密技术以及它在图像处理过程中的应用进行了较为系统的分析。在具体算法上,第一种改进算法主要从图像行与列的角度对RGB色彩值进行置乱处理。第二种新的算法通过图像的置乱与扩散两个步骤实现图像的加密,其中扩散步骤使用Logistic映射来产生实数混沌序列,经离散化处理得到离散的伪随机序列对图像的灰度值进行扩散处理;置乱步骤使用一种改进的猫映射来改变图像的像素位置。   在嵌入式平台中,根据系统功能设计了USB、LCD、电源等几个模块,选用基于ARM9内核的S3C2440A芯片,通过内核、u-boot、根文件系统等的移植,成功搭建了嵌入式Linux环境,在PC端的虚拟机中选用QT库实现了交互界面的设计。   最后,在ARM9开发板中分别进行了图像的加密和解密过程,经过对仿真和加密结果的分析发现,该算法在参数敏感性、密钥空间、加密效果等方面满足了期望。
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