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1、 海 南 大 学毕 业 论 文（设计）题 目：数字图像加密算法研究与实现 学 号： 姓 名： 年 级：二 零 一 零 级 学 院：信息科学技术学院 系 别：通 信 工 程 系 专 业：通 信 工 程 指导教师： 完成日期： 2014 年 5月 1 日 数字图像加密算法研究与实现 摘 要 近十年来，随着信息网络技术的飞速发展，多媒体技术在各领域的应用可谓是日新月异。数字图像无疑已经成为互联网的主要交互对象之一。数字图像在军事系统、政府机构、医疗系统、国防系统和金融系统等重要机构中得到了广泛应用，这也意味着图像在传输的过程中存在着巨大的安全隐患。若在传输的时候被第三方恶意的拦截、随意篡改、非法拷贝
2、、任意传播，后果将会很严重。所以数字图像的安全传输问题，受到了大众的普遍重视。因此信息安全已成为人们关心的焦点，也是当今的研究热点和难点。 为了实现数字图像保密，实际操作中一般先将二维图像转换成一维数据，再采用传统加密算法进行加密。与普通的文本信息不同，图像和视频具有时间性、空间性、视觉可感知性，还可进行有损压缩，这些特性使得为图像设计更加高效、安全的加密算法成为可能。 本文重点介绍了基于混沌理论的图像加密算法，对比并研究了几个典型的混沌系统：Logistic映射、Hemon映射、Lorenz系统以及猫映射。最后，在matlab7.8环境下，对灰度图像进行了基于Logistic映射的加密解密，
3、并得出正确的结果。关键词：Logistic映射；图像加密 ；混沌系统 ；位置置乱 数字图像加密算法研究与实现Abstract In the past ten years, with the rapid development of information network technology, the application of multimedia technology in all fields is change rapidly. Digital image has become one of the main object of the internet. Interactive i
4、mage has been widely used in the important organization of military system, government agencies, medical systems defense systems and financial systems, this also means that the image has many security hidden troubles in the interactive process. If the transmission was malicious third party intercept
5、ion, tamper with, illegal copy, spread, the consequences will be very serious. So the digital image security problems of interaction, has attracted much attention from the public. Therefore, information security has become the focus of peoples concern is also the hot spot and difficulty. In order to
6、 realize the digital image encryption, the actual operation of the video general first two-dimensional image into one-dimensional data then adopts the traditional encryption. Unlike ordinary text, images and with temporal, spatial, visual perceptibility, also can be loss compression, these features
7、make the image encryption algorithm to design more efficient, safe possible. Image encryption algorithm has gained abundant research achievements, people have designed many image encryption algorithm This paper introduces image encryption algorithm based on chaotic theory, and studied several typica
8、l chaotic systems: Logistic mapping; Lorenz system and cat map. 在matlab7.8环境下，对任意输入的一幅灰度图像进行基于Logistic映射的加密解密，并能得出正确的结果。In the matlab7.8 environment, Logistic mapping of the encryption and decryption based on a gray image of arbitrary input, and can get the correct resultsKeywords: Logistic map; ima
9、ge encryption; chaotic system; position scrambling 目 录1 绪论(1)1.1 研究背景(1)1.2 研究方法(1)1.3 研究内容(2)2 数字图像加密理论概述(3)2.1数字图像的基本知识(4)2.2 数字图加密算法的性能要求(4)2.3 数字图像加密算法的分类(5)2.3.1基于矩阵变换像素置换的图像加密技术(5)2.3.2基于秘密分割与秘密共享的图像加密技术(6)2.3.3基于现代密码体制的图像加密技术(6)2.3.4基于混沌理论的图像加密算法(7)3 基于混沌理论的图像加密算法(8)3.1 混沌的基本理论(8)3.1.1 Li-Yor
10、ke的混沌定义(8)3.1.2 Devaney 的混沌定义(9)3.1.3 Melnikov 的混沌定义(10)3.2混沌的特征(10)3.3常见的混沌系统的研究方法(12)3.4几种典型的混沌系统(12)3.5.1 Logistic映射(13)3.5.2 Henon映射(14)3.5.3 Lorenz系统(15)3.5.4猫映射(16)4 基于Logistic映射的图像加密/解密研究与实现(17)4.1基于Logistic映射的像素值加密及解密方案(17)4.2基于Logistic映射的像素位置加密及解密(19) 4.2.1具体加密方案(19) 4.2.2解密方案(20)4.3实验结果以及仿
11、真分析(20) 4.3.1基于像素点置乱图像加密/解密的实验结果及分析(20) 4.3.2基于像素位置置乱图像加密/解密的实验结果及分析(23) 4.3.3结合像素点与位置的双重置乱分析(25)5 总结(28)致谢(29)参考文献(29)数字图像加密算法研究与实现1 绪论1.1 研究背景 近十年来，随着信息网络技术的飞速发展，多媒体技术在各领域的应用可谓是日新月异。数字图像无疑已经成为互联网的主要交互对象之一。数字图像在军事系统、政府机构、医疗系统、国防系统和金融系统等重要机构中得到了广泛应用，这也意味着图像在传输的过程中存在着巨大的安全隐患。若在传输的时候被第三方恶意的拦截、随意篡改、非法拷
12、贝、任意传播，后果将会很严重。所以数字图像的安全传输问题，受到了大众的普遍重视。因此信息安全已成为人们关心的焦点，也是当今的研究热点和难点。 多媒体数据，特别是数字图像，比传统的文字承载着更大更丰富的信息量，因而成为人类社会在信息利用方面的重要手段，尤其是在医学领域和军事领域。图像的安全需求主要包括三个方面：（1）保密性：预防第三方非法获取图像信息。（2）完整性：预防在储存或传输的过程中被破坏、丢失和篡改。（3）版权保护：辨别图像真伪，并提供有效的法律依据。为了保护数字图像的安全交互，就需要很可靠的图像加密技术。为了实现数字图像保密，实际操作中一般先将二维图像转换成一维数据，再采用传统加密算法
13、进行加密。与普通的文本信息不同，图像和视频具有时间性、空间性、视觉可感知性，还可进行有损压缩，这些特性使得为图像设计更加高效、安全的加密算法成为可能。图像加密算法已经取得了丰富的研究成果，人们已经设计出了众多的图像加密算法。1.2 研究方法 多媒体数据信息安全技术的研究主要有两种种方法：多媒体数据信息加密技术和多媒体信息隐藏技术。 (1) 多媒体数据信息加密技术：图像是多媒体安全技术的核心技术，涉及密码学、数学、信息论等多方面的知识。传统的加密技术大多针对的是文本数据或二进制数据，其计算过程十分复杂。对数字图像数据来说，它特殊的编码结构，庞大的数据量、多变的格式以及较高的实时性要求，导致需要对
14、其采用特殊的加密算法。 （2）多媒体数据信息隐藏技术：载体文件相对隐秘文件的大小（指数据含量，以比特计）越大，隐藏后者就越加容易。因为这个原因，数字图像（包含有大量的数据）在因特网和其他传媒上被广泛用于隐藏消息。信息隐藏是把机密信息隐藏在大量信息中不让对手发觉的一种方法。信息隐藏的方法主要有数字水印技术、可视密码、潜信道、隐匿协议等。数字水印就是在多媒体数据信息中添加某些数字信息，达到图像认证的目的。对于所添加的信息，往往希望不被察觉，且第三方在不破坏数据本身质量的情况下无法将水印去掉。同时，在嵌入水印的过程中，我们又不可以破坏原来的文件，即不能让人们发觉水印的存在，因此，不可见性是数字水印最重要要求。 1.3 研究内容 由于数字图像比文字或声音更加的生动、形象和直观，蕴含的信息十分的丰富，故数字图像信息的安全就越发引起人们的重视。 因此本文以数字图像为基础，研究数字图像信息加密算法安全技术。图像信息安全技术包括图像加密和图像认证等。本次课题的宗旨是分析数字图像的结构及其特点，然后对数字图像进行加密和解密，即：利用一定的图像加密算法对一副图像进行加密，以达到隐匿原始图像的目的,然后进行解密，恢复原始图像。图像加密算法已经取得了丰富的研究成果，人们已经设计出了很多的图像加密算法。典
