基于混沌系统的图像加密算法研究

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图像作为信息的一种传播载体,其在传输过程中的机密性以及完整性受到广泛关注。而图像加密技术,作为一种常见的图像安全性保护的方法,逐渐成为研究热点。混沌系统的随机性、遍历性以及对初值敏感性的特点与加密对密钥随机性的要求相一致。因此,基于混沌系统的图像加密算法已然成为保护图像信息的有效方式。本论文根据现有的混沌系统的特点,构造性能较强的混沌系统,结合忆阻器的非线性特点,拓展图像加密算法;在经典的香农密码体制:置乱-扩散的基础上,对图像进行掩盖处理,达到图像安全性保护的目的。本文的研究方向主要包括以下几个方面:(1)提出基于忆阻器神经网络和改进Logistic映射的图像加密算法该算法首先根据混沌神经网络的更新的权值,对引入指数函数ex的新型一维Logistic混沌映射进行赋值,并通过非线性方法对混沌随机序列进行处理,使其范围调整到不同加密阶段所满足的要求;然后采用排序算法获得混沌序列对应的替换数组并完成对明文的像素级和bit级的两次置乱操作;最后使用两组不同的混沌序列对中间密文进行两次方向相反的扩散操作来完成最终加密。安全性分析表明该算法具有较高的安全性,可以抵抗典型的攻击。(2)提出动态定位与双向同步置乱的混沌图像加密算法该算法通过引入指数函数改进Tent映射,以Logistic映射为动态输入,像素为动态参数,构造了一种动态混沌映射格子,通过初始值敏感性、自相关性分析、Lyapunov指数、样本熵以及NIST检验等证明混沌系统的随机性;该算法使用忆阻器神经网络的输出值作为密钥更新以及定位索引置乱的行列对的相关参数,使用定位元素对混沌随机矩阵进行双向行列排序,从而完成快速全局置乱,通过分析像素bit位特点,进行像素bit位突变,同步完成图像的置乱和扩散;采用密钥序列完成图像行与列的扩散操作,使得每一个像素值的影响扩散到整张图像,增强算法的安全性。安全性分析表明该算法的密钥空间大大提高,可以有效抵抗穷举式攻击等典型攻击。(3)提出基于安全身份认证的混沌图像加密算法该算法首先对图像进行像素级以及bit级置乱,破坏相邻像素之间的相关性的同时,增加明文图像像素值对密文的影响,最后使用扩散操作,完成最终的图像加密;本文使用公钥密码体制,通过构造哈希函数,获得信息摘要,完成簇节点到基站的安全身份认证。实验证明所提出的图像算法能够有效抵抗典型攻击,是一种安全性较高的加解密节点图像信息的方法,节点间发送信息的可靠性增加,进而使得节点的能耗降低,从而延长网络寿命。图[54]表[26]参[88]
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