基于混沌理论和小波变换的图像加密

基于混沌理论与小波变换的图像加密组员：薛高茹张庆春祝志勇2015年3月25日2基于混沌理论与小波变换的图像加密1、研究背景和意义2、研究内容3、技术路线和可行性分析4、总结与规划3基于混沌理论与小波变换的图像加密图像相比于语言、文字，更能直观表达信息，因而成为信息传输中的重要媒介。在图像通信过程中，往往要求发送方与接收方进行保密通信，如军用卫星所拍摄的图片、金融机构的建筑图纸、医院中患者的病历图像等等。这些图像信息不但涉及个人隐私，有的甚至涉及国家安全。但是图像在传输过程中，经常会遭到各种人为攻击：信息窃取、数据篡改、病毒攻击等，同时由于网络环境的复杂性和多变性，决定了网络安全威胁的客观存在，这些都给信息拥有者造成巨大损失。因此如何保证图像的信息安全，成为广泛关注和研究的热点。4基于混沌理论与小波变换的图像加密1、基于矩阵变换/像素置乱的图像加密：它主要通过改变图像像素点间的相互位置关系，使图像变成类似噪声、杂乱无章的形式。虽然在视觉方面取得较好的加密效果但是只是降低像素间的相关性因此保密性不高；2、基于现代密码体制的图像加密：它主要针对文本数据或二进制数据，主要有DES、IDEA、RSA等算法。如果用此算法直接加密图像会使得计算复杂度高、加密时间长；3、基于DNA编码的加密算法：DNA分子具有巨大的并行性和高密度数据存储等特征，适用于加密目标。它常与混沌系统结合适用于图像加密，该类算法实现过程简单，可增强混沌系统的随机性，改善加密效果。4、基于混沌理论的图像加密：混沌是一种发生在确定性系统中类似随机的不规则动力学行为，具有对初始条件极其敏感、运动轨迹不可预测和遍历性。但是一般它要与其他方法结合使用5基于混沌理论与小波变换的图像加密通常加密算法应满足：破译密文所花费的代价大于密文信息的价值或破译密文所花费的时间超过密文信息有效使用期这两条准则之一。衡量安全性的指标：1、密钥空间：图像加密或解密密钥的取值空间；密钥空间越大越不易被破解；2、信息熵：测量信息的紊乱程度，反映了信息的不确定度。密文图像中，灰度分布越均匀，信息熵就越大，包含的不确定信息就越多。3、相关系数：图像中相邻像素之间具有较强相关性，相邻像素间的相关性大小反映加密算法置乱效果的好坏。4、明文敏感性：如果明文图像作微小变化，会导致密文图像发生很大程度的变化，说明加密算法对明文敏感，可有效抵抗差分攻击6基于混沌理论与小波变换的图像加密基于混沌序列的图像置乱。利用Logistic算法产生混沌序列，并对序列进行二值化。基于小波变换的多尺度时频分解。以小波变换对图像进行多分辨率分解,将图像分解成不同空间、不同频率的子图像。基于Arnold变换的图像加密。利用Arnold映射对图像进行伸缩、压缩、折叠及拼接。通过这一变换将数字图像矩阵中的点重新排列。从以下三方面开展了研究工作：7基于混沌理论与小波变换的图像加密基于混沌理论与小波变换的图像加密流程图8基于混沌理论与小波变换的图像加密Logistic映射的定义如下：1)0,1,0,4,0,1,(12kkkkxxxxk对于每个确定的可以得到相应的一系列。当时，logistic映射处于混沌状态，此时产生的序列是非周期的，不收敛的，且对初值非常敏感。即使相差很小，迭代得到的轨迹也相差很大；同时，又很难从有限长度的序列来推断混沛序列的初始条件，这就提高了加密算法的可靠性。01,,kxxx3.569945649基于混沌理论与小波变换的图像加密小波分解的示意图10基于混沌理论与小波变换的图像加密我们选取的小波基是双正交小波。图像经过小波变换后会被分解成四个频带：水平频带、垂直频带、对角线频带和低频频带。对于低频部分还可以进行进一步的分解,若进行m级分解，可得到(2m+l)个子带。因此，小波变换的意义在于对图像进行了多尺度时频分解。所以一般对图像进行一级到二级分解即可。11基于混沌理论与小波变换的图像加密小波重构的示意图12基于混沌理论与小波变换的图像加密小波变换的具体流程：Step1，对扩散加密后的图像进行多级小波分解,本文釆用二级bior3.7小波分解,得到小波系数cAl。从小波系数cAl中提取出低频子带系数LL2。Step2，用混纯序列对低频子带系数LL3进行置乱变换。Step3，把置乱后的图像进行小波逆变换,即小波重构，得到最终的加密图像。13基于混沌理论与小波变换的图像加密Step1，设一大小为M*N的灰度图G，图像二维数据矩阵为R，用Logistic算法产生混沌序列，与原图像进行异或，完成图像的混沌扩散加密；原图加密1次的图像加密30次的图像14基于混沌理论与小波变换的图像加密Step2，对Stepl中得到的扩散加密图像进行小波分解,选取小波变换后得到的低频部分图像；15基于混沌理论与小波变换的图像加密Step3，用Arnold映射产生混沌序列,与Step2中得到的低频图像像素位置置乱；Step4，将置乱后的图像进行小波重构,就得到了最终的加密图像。原图像加密图像解码图像16基于混沌理论与小波变换的图像加密采用一种基于混沌序列与小波变换的图像加密算法。其中，混沌序列主要用于图像加密扩散操作，小波变换主要用于对图像进行一级、二级分解,得到图像的低频子带，对低频子带图像进行基于Arnold映射的置乱操作。在采用现有算法的基础上，提出，通过置乱小波系数进行加密，或者使用两种或两种以上的混沌序列进行图像置乱以改进算法。在表现形式上，后期会进行GUI界面设计，让结果更加清晰明了的展现出来。17基于混沌理论与小波变换的图像加密时间规划：第一、二周（3.25——4.9）：算法实现第三周（4.10——4.17）：GUI界面设计与完善第四周（4.17——4.24）：做PPT撰写报告经费：由于暂无硬件设计和出差需求，暂为0元。18基于混沌理论与小波变换的图像加密[1]PatelKD,BelaniS.Imageencryptionusingdifferenttechniques:Areview[J].InternationalJournalofEmergingTechnologyandAdvancedEngineering,2011,1(1):30-34.[2].基于混沌理论与小波变换的图像加密方法研究[D].东华大学,2014.[3]BaniYounesMA,JantanA.ImageEncrytionUsingBlockBasedTransformationAlgorithm[J].2008.[4]PanigrahySK,AcharyaB,JenaD.Imageencryptionusingself-invertiblekeymatrixofhillcipheralgorithm[J].2008.[5]曹光辉,鄂旭,戴勃,等.基于混沌理论改进希尔加密系统密钥矩阵[J].辽宁工业大学学报:自然科学版,2009,29(4):221-224.谢谢各位19