混沌数字图像加密及其多平台硬件实现

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智能手机为移动互联网拉开序幕,逐渐成为人们生活必不可少的设备。移动互联网信息交流平台中的图像、语音、视频等多媒体信息面临着与互联网同样不可忽视的信息安全问题。对于数字图像信息而言,由于其数据量大、冗余性高及相关性强等特点,使得以往普通的加密方法并不适用。随着对混沌理论研究的发展和深入,发现混沌理论与密码学之间有着强烈的对应关系,混沌密码技术为移动互联网数字图像等多媒体信息的安全提供了新的解决方案。  本文基于混沌系统所具有的类随机性、宽频谱、对初始状态及结构参数的极端敏感性等一系列特性,考虑数字图像数据的特点并结合密码学的特性与要求,设计并硬件实现了一种基于双混沌系统的数字图像加密算法。该算法首先是对原始彩色数字图像利用二维 Baker映射进行图像像素位置置乱,再利用高维广义猫映射对置乱后的图像进行像素值扩散,交替进行数轮置乱与扩散过程后,得到加密后的图像。这种双混沌系统结合了Baker映射相对大的密钥空间以及高维广义猫映射良好的扩散效果,能进一步提高加密性能,保证更高的安全性。  为了验证所设计的算法应用于彩色数字图像加密的性能,本文首先通过MATLAB软件对算法进行仿真实现并通过对比高维广义混沌猫映射图像加密算法进行了密钥空间、图像的统计特性(包括直方图和相邻像素的相关性)及密钥的雪崩效应等测试和分析,验证算法的可行性、安全性和保密性;然后在TMS320DM6437的DSP开发平台硬件测试算法。为了说明所设计的算法在移动互联网安全中的可行性和实用性,论文利用本文开发的应用程序在两台Android设备(MOTO G LTE和华为MATE8)之间实现基于Android的彩色图像的加密传输。考虑到实际社交情景中的不同需求,设计了密钥空间更大的双混沌加密模式和相对简单快速的猫映射加密模式,并对两种模式用不同尺寸的图片样本通过两台Android设备分别进行测试,验证该算法在移动互联网中的可行性和实用性。
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