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1、山东理工大学 毕业设计（论文）题 目： 一种基于多维混沌系统的图像加密算法研究 学 院： 理学院 专 业： 信息与计算科学 学生姓名： 王淑燕 指导教师： 贺超 毕业设计（论文）时间： 年 月 日 6月 18日 共 18 周摘 要近年来，计算机技术网络技术和通讯技术的飞速发展。通过网络资源对图像信息进行传送也已经变得越来越普遍。正因为如此，图像的安全与保密问题也显得越来越重要。相对于声音文字等信息来说，图像包含着更多的的信息量。因此，图像安全问题成为国际上关注的焦点。图像加密是保证图像安全的重要方法之一。由于计算机的性能不断提高破解技术不断发展，所以就要求加密技术的不断的更新。混沌系统是非周期
2、的；混沌系统产生的混沌序列具有很好的隐藏性；混沌系统对初始条件的高度敏感。以上的特点，使混沌系统长期的不可预测，使其天生具备了图像加密的条件，因此将混沌系统应用于图像加密技术引起了人们的广泛关注。本文对基于混沌系统的图像加密技术在以下几个方面作了较深入的研究：首先，介绍了混沌系统和图像加密技术的研究背景意义和现状；混沌系统的定义特征以及典型的一二三维混沌系统。其次，研究了几种常见的图像加密技术，混沌序列的加密原理，基于混沌系统的图像加密的设计步骤和发展方向，重点介绍了混沌理论在图像加密中的应用。最后，重点研究了一维Logistic加密二维DWT域加密三维Arnold加密，对他们进行了计算机仿真
3、实验，并对各项性能做了对比分析。实验表明：该算法的加密解密过程对密钥非常的敏感，具有加密效果好，速度快，算法易于实现等优点。关键词：混沌序列，混沌系统，图像置乱，图像加密AbstractWith the development of computer technologynetwork technology and communication technology, the transmit of picture information has become more and more common through the network ,the security and confident
4、iality of picture information are also becoming more important. Picture implies more information than sound, and text, the security of image information has become a hot research topic on the international, the image encryption technology is one important way to ensure information security. Today co
5、mputer improve the performance continuously, the crack technology continues development, the demand of new encryption technology is still very urgent. Chaotic system has a non-periodic continuous broadband spectrumnoise-like characteristics and its produces chaotic sequence has good hidden, and its
6、high sensitivity to initial conditions ,so it has a long-term unpredictability, it has the image encryption condition naturally, therefore chaotic system is applied to image encryption technology has aroused widespread concern. This article made a more in-depth study of based chaotic systems image e
7、ncryption technique in the following aspects: first, it introduces the research status of chaotic system and image encryption technology, the characteristic of chaotic systems and typical onetwo and dimensional chaotic system. Secondly, it studied several image encryption technology, focusing on the
8、 chaotic theorys applications in image encryption, it analysis several typical method of based chaotic systems image encryption technique, and it simulation and compare analysis of various performance. Finally, it concludes an based multi-dimensional chaotic systems image encryption algorithm: first
9、, using three-dimensional Arnold crypto map do scrambling encryption of the images location; and made some improvements of scrambling. Next, I made a computer simulation experiments of the algorithm, it analyzed period the key spacekey sensitivity and statistical characteristics. The experimental re
10、sults shoes that: the algorithm of encryption and decryption processes are very sensitive towards external keys, with a large secret key, strong combat ability, good encryption effect, speed fast, the algorithms is easy to implement and it have a good statistical properties.Key words: Chaotic Sequen
11、ce, Chaotic System, Image Scrambling, Image Encryption目录摘 要IAbstractII目录IV第一章 引 言11.1研究的背景和意义11.2 基于混沌的图像研究现状21.3 论文的主要内容及结构安排3第二章 混沌的基本理论52.1 混沌学的发展历程52.2混沌的定义62.3 混沌理论的基本概念72.4 研究混沌的基本方法92.4.1 Lyapunov指数102.4.2 熵11第三章 基于混沌的加密技术123.1 几个典型的混沌系统123.1.1 一维混沌系统123.1.2 二维混沌系统133.1.3 三维混沌系统133.2几种常见的图像加密
12、技术133.2.1 基于像素位置变换的加密技术143.2.2 基于随机序列的加密技术143.2.3 基于压缩编码的加密技术143.3 混沌序列加密原理153.3.1 利用混沌序列加密的可能性153.3.2 混沌序列的产生153.4基于混沌系统的图像加密的设计步骤153.5 基于混沌系统的图像加密技术的发展方向16第四章 一种基于多维混沌系统的图像加密算法184.1密码学的研究现状184.2 序列加密194.2.1 一维序列加密算法Logistic加密194.2.2 实验结果与分析204.3 置乱加密214.3.1 三维置乱加密算法Arnold加密214.3.2 实验结果与分析22第五章 总结与
13、展望24参考文献26致 谢27附录28第一章 引 言1.1研究的背景和意义伴随着计算机的日益推广和普及，网络应用的飞速发展，网络的安全问题成为备受社会各界关注的焦点。在日常生活中，经常会遇到文字和图像的传输下载和上传等操作。网络上的文字和图像信息可以被快捷的复制修改删除和添加，从而容易造成一些恶意的破坏。我们该如何对图片信息进行有效的保护呢？大部分的网络安全的保护措施的落实是通过传统的加密技术实现的。将图像音频文字等文件通过加密处理后，形成加密文件。一般人就无法识别这些加密文件，只有知道密码的一方，解密后才能看到详细的信息。加密算法对图像进行加密，目的是将一幅图像，通过一定的变换将其变成一幅杂
14、乱无章的图像，从而隐藏了图像的信息。图像信息安全的研究有着非常重要的意义。我们在考虑一种图像加密算法时，必须考虑到是否能够实现对大量数据进行加密，以及能否承受有损的数据压缩、格式转换等操作。近年来，随着计算机技术的发展和性能的提高，密码学不断的丰富，过去安全的加密技术安全性能降低，一个高性能的计算机有可能在非常短的时间内就能破解它。因此，更加安全的加密技术尚待开发。近年来，混沌现象在图像加密中应用广泛。混沌现象“是一种非线性系统的内在的类似随机过程的表现，混沌系统所产生的混沌信号具有类似噪声、结构复杂、难以分析以及对初始条件极端敏感等特性”。因此，利用它可以构造出非常好的图像加密算法，使加密后
15、的图像变得非常安全。利用混沌系统对图像进行加密后，仍然可以较好地解密出图像信息。因此，混沌图像加密算法的研究具有十分重要的意义。1.2 基于混沌的图像研究现状 1963年，美国气象学家Lorenz在研究模拟天气预报时，发现了混沌现象。1977年，在意大利举行了第一次国际混沌会议，这标志着混沌科学的诞生。20世纪80年代，混沌理论已经得到了快速的发展，Lyapunov指数、分数维、吸引子等概念先后被确定下来。20世纪90年代以来，混沌理论又与其它的学科之间相互渗透、相互发展。人们对基于混沌的图像加密理论的研究变得越来越深入，特别是对图像加密算法的应用。图像具有数据量大和相关性的特征。使用传统的图像加密算法，就很难满足事实性的要求。目前，置乱技术已经取得
