基于Logistic混沌序列的图像加密技术研究

本科生学士学位论文题目：基于logistic混沌序列的图像加密技术研究学院（所、中心）专业名称2010年5月-1-摘要本毕业设计主要研究基于Logistic映射的混沌图像加密技术。将混喜好引入到数字图像加密技术中，充分利用了混沌信号的不可预测性和易于实现等特征。混沌理论是一门新兴的学科，却与相对论和量子理论一样，被誉为20世纪中物理科学三次大革命之一。它启发了人们从一个新的角度去观察、理解这个世界。同时，它让学者们拥有了一个新的理念、新的思维去分析理解问题。混沌序列具有容易生成，对初始条件敏感以及具有白噪声的统计特性等特点，并利用其进行数字图象加密，得到了较好的结果。混沌加密技术已广泛应用于网络通讯，信息安全等领域。本文首先利用理论分析和数值分析的方法分别对Logistic系统进行了动力学分析。理论分析和计算机仿真完全相符。然后分析了Logistic混沌映射的加密算法原理，提出了基于该算法的加密方法，秉承算法的安全性，效率等方面进行了性能分析。最后采用Matlab开发工具完成该混沌加密算法的设计，用该算法对实例进行加密仿真。关键词：Logistic映射；混沌；图像加密；混沌图像加密；混沌序列；序列密码-2-ABSTRACTThegraduatedesignresearchesonthedesignofdigitalimageencryptiontechnologybasedonChaoticLogistics.Chaoswillsignaltheintroductionofencryptiontechnologytodigitalimages，takefulladvantageofthechaoticsignalcanbeunpredictableandeasytoimplement，andotherfeatures.Chaoticencryptiontechnologyhasbeenwidelyusedinnetworkcommunications,informationsecurityandotherfields.Thispaperfirstuseoftheoreticalanalysisandnumericalanalysismethodswerelogisticsystemofsuper-modelforthebasicdynamicanalysis.Theoreticalanalysisandcomputersimulationarecompletelyinline.Thanitanalysestheencryptionalgorithmprinciplebasedonthelogisticchaosmapping,proposesakindofencryption,andfromaspectsofalgorithmsecurity,efficiencyandsoon,givestheperformanceanalysis,Finally,itusestheMatlabdevelopmentkittocompletethisdesign,andcarriesontheencryptionsimulationwiththisalgorithmtargetingonaexample.Keywords:logisticmapping;Chaos;imageencryption;chaosimageencryption;chaoticsequence;sequencepassword-3-摘要..................................................................................................................-1-ABSTRACT.......................................................................................................-2-第1章绪论....................................................................................................-1-1.1研究背景和意义................................................................................-1-1.2图像压缩技术简介............................................................................-1-1.3图像加密技术简介............................................................................-2-第2章混沌序列的产生..................................................................................-4-2.1混沌理论及加密原理........................................................................-4-2.2Logistis混沌序列的系统分析.......................................................-5-2.3Logistis混沌序列的产生方式............................................................-7-2.4性能分析..................................................................................................9本章小结.......................................................................................................11第3章基于混沌序列的图像加密.....................................................................123.1图像的颜色模式....................................................................................123.2灰度图像加密........................................................................................133.3彩色图像加密........................................................................................19本章小结.......................................................................................................24第4章总结及研究展望.....................................................................................254.1小结.........................................................................................................254.2研究展望.................................................................................................25致谢.....................................................................................................................26参考文献...............................................................................................................27-1-第1章绪论1.1研究背景和意义随着Internet技术的飞速发展，为信息的网上传播开辟了道路，很多信息都可以迅速方便地在网上发布和传输，但这同时也带来了信息安全的隐患问题。具统计，全世界几乎每20秒钟就有一起黑客入侵事件发生。现在，信息安全技术不但关系到个人通信的隐私问题，关系到一个企业的商业机密和企业的生存问题（仅美国每年由于信息安全问题所造成的经济损失就超过100亿美元），而且也关系到一个国家的安全问题。因此，信息安全技术正越来越受到全社会的普遍关注。由于图像信息形象、生动，因而被人类广为利用，成为人类表达信息的重要手段之一，现在图像数据的拥有者可以在Internet上发布和拍卖他所拥有的图像数据，这种方式不但方便快捷，不受地域限制，而且可以为数据拥有者节约大量的费用。但这同时也为不法分子利用网络获取未授权数据提供了渠道图像发行者为了保护自身的利益，就需要可靠的图像数据加密技术，而且在某些情况下，对于某些图像数据必须要采用可靠的加密技术，例如，医院里病人的病例数据（其中包括病人的照片）根据法律规定就必须在加密之后才能在网上传播，这方面的应用在远程医疗系统中是比较常见的。1.2图像压缩技术简介图像是使网页精彩的重要因素之一，但是由于网络带宽等客观因素的影响，太大的图片显示很慢，不利于网络的传输，所以就要用到图像压缩技术，在尽量不影响图像质量的前提下，最大压缩图像的大小。目前最主要的技术就是JPEG2000。JPEG全名为JointPhotographicExpertsGroup，它是一个在国际标准组织(ISO)下从事静态图像压缩标准制定的委员会。它制定出了第一套国标静态图像压缩标准：ISO10918-1就是我们俗称的JPEG了。由於JPEG优良的品质，使得它在短短的几年内就获得极大的成功，目前网站上百分之八十的图像都是采用JPEG的压缩标准。然而，随著多媒体应用领域的激增，传统JPEG压缩技术已无法满足人们对多媒体图像资料的要求。因此，更高压缩率以及更多新功能的新一代静态图像压缩技术JPEG2000就诞生了。JPEG2000正式名称为ISO15444，同样是由JPEG组织负责制定。-2-JPEG2000的优点：1、JPEG2000作为JPEG升级版，高压缩（低码率）是其目标，其压缩率比JPEG高约30%左右。2、JPEG2000同时支持有损和无损压缩，而JPEG只能支持有损压缩。因此它适合保存重要图片。3、JPEG2000能实现渐进传输，这是JPEG2000的一个极其重要的特征。这也就是我们对GIF格式图像常说的“渐现”特性。它先传输图像的轮廓，然后逐步传输数据，不断提高图像质量，让图象由朦胧到清晰显示，而不必是像现在的JPEG一样，由上到下慢慢显示。4、JPEG2000支持所谓的“感兴趣区域”特性，你可以任意指定图像上你感兴趣区域的压缩质量，还可以选择指定的部份先解压缩。这样我们就可以很方便的突出重点了。JPEG2000的应用：JPEG2000的应用领域可概略分成两部分，一为传统JPEG的市场，像打印机、扫描仪、数码相机等；一为新兴应用领域，像网网络传输、无线通讯、医疗图像