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基于混沌的圖像加密計算機關鍵技術研究

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本文是一篇計算機論文,計算機論文是計算機專業畢業生培養方案中的必修環節。學生通過計算機論文的寫作,培養綜合運用計算機專業知識去分析并解決實際問題的能力,學有所用,不僅實踐操作、動筆能力得到很好的鍛煉,還極大地增強了今后走向社會拼搏、奮斗的勇氣和自信。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇計算機論文,供大家參考。   第一章 緒 論   1.1研究工作的背景與意義 在計算機網絡技術日益發展的時代,敏感圖像在傳輸時的安全性越來越受到人們的重視。數字圖像被用于許多敏感領域,如醫學、國防和法律事務等。因此,盡可能保持圖像數據信息在傳輸和存儲過程中的安全已經成為一個十分重要的問題。近年來,先進的數字技術使多媒體數據被廣泛使用,圖像智能設備的應用越來越普遍,圖像數據的安全成為人們關注的焦點。圖像(Image)是客觀對象的生動性的描述或寫真,也是實物的一種相似性的記錄,是當今人類社會活動和網絡傳輸以及計算機存儲中最常用的數據信息的載體,或者說圖像是對客觀事物的一種表現形式的記錄,它包含了被描述對象在某一時刻所留下的相關信息,是人們最重要的信息來源之一,圖像數據代表的信息比文字還生動形象。據統計,一個人獲取的信息大約有 75%來自視覺[1]。根據圖像記錄信息的方式可以將圖像分為模擬圖像和數字圖像。現在網絡越來越發達,人們隨手拍了照片、掃描證件和截圖等就可以上傳到網絡上,包括網絡云盤、郵箱等。這些數字圖像數據信息有些是涉及隱私,不希望被未授權的第三方獲取或查看,因此對它們的保護越來越受到人們的重視,于是產生了數字圖像數據信息安全問題。數字圖像也被廣泛應用于軍事、法律和醫療系統等各個領域,這些應用需要控制對圖像的訪問,并提供驗證數字圖像完整性的手段。數字圖像加密是解決這些安全問題的首選方案。數字圖像加密是計算機密碼學在數字圖像數據信息保護領域的新應用,屬于交叉學科,涉及的技術有圖像處理、密碼學、圖像通信等。密碼學(Cryptology)是信息安全研究領域的核心學科,是研究信息安全獲取、安全存儲與安全傳播的理論,是研究秘密通信的原理和破譯密碼的方法的一門學科[2]。數字圖像加密涉及的圖像數據信息量大,和現有的文本數據加密有很大的不同,屬于一個新的研究領域。由于信息安全處于非常重要的位置,圖像加密的研究也具有非常重要的意義。因為在信息安全領域中,每一個問題都是極其重要的,每一個分支領域都是極為重要的領域。信息安全重要程度取決于所包含的信息內容的重要性,在很多方面信息安全關系到國家安全,屬于國家非常重視的一個研究領域。 .........   1.2國內外研究歷史與現狀 現代人們一天中有大量的文本、圖像、音頻和視頻數據必須通過網絡傳輸。圖像與文本相比攜帶大量信息,因此圖像安全傳輸的重要性增大。圖像在當今世界廣泛應用,從社交網絡、銀行、醫療到軍事用途。因此,為了保持這些圖像的機密性,圖像加密成為這些系統的一個重要組成部分。由于數字圖像數據信息的數據量大、圖像像素之間的相關性強、未壓縮數據的強冗余性,傳統的加密方法不適合實現傳輸數據的高安全性。圖像加密成為了信息安全研究人員關注的主要課題,也是廣大人們所關注的熱點問題。密碼學最古老、最根本的問題是通過不安全網絡信道實現安全數據信息傳輸。網絡安全技術的最新進展,特別是在計算機工業和通信領域,為通過因特網分發數字多媒體內容提供了巨大的潛在市場。然而,數字文件、圖像處理工具和世界范圍內互聯網接入的泛濫,創造了一種理想的媒體版權欺詐和多媒體、圖像、文本、音頻和視頻內容等無法控制的分發媒介。一個主要挑戰是如何保護多媒體數據信息網絡中多媒體數據信息內容的安全,不被未經授權的用戶越權訪問,創造一個良好的安全網絡環境。數字圖像加密也歸屬于密碼學范疇,屬于密碼學研究的主要內容之一。 .........   第二章 圖像加密相關技術   本章主要介紹了圖像加密中用到的相關技術,對密碼學、混沌和圖像加密算法進行了概要性介紹,對圖像加密算法的安全性分析方法進行了簡要介紹,通過本章可以整體了解圖像加密的流程和所用到的安全分析方法。   2.1圖像加密相關理論 由于通信和計算機技術的快速發展,網絡應用越來越廣泛,人們通過網絡傳輸或存儲來分享和保存圖像信息資源。然而,在網絡上傳輸數據的主要問題之一是“安全”。圖像信息安全是指防止未經授權人員非法訪問,保護私人隱私圖像信息和圖像數據的安全方法,圖像加密是一種確保圖像數據安全的有效方法。混沌加密是最著名的加密方法之一,是當前密碼學研究的熱點。密碼學和混沌具有一定的相關性,混沌特性和密碼學要求的加密特性比較接近,混沌加密是利用混沌理論來完成不同的加密任務。加密算法機制是將單詞密鑰、數字或表達式結合起來,對原始圖像數據加密。由于圖像數據在各種應用中的基礎性作用,圖像數據信息的安全保護成為大多數圖像和數據處理研究人員的一個重要課題。加密算法是一種用于加密和解密過程的數學函數,通過使用關鍵字、數字或表達式的不同組合對原始數據進行加密。加密的數據安全性完全依賴于兩個重要方面:密鑰保密性和加密算法強度。 ......   2.2圖像加密安全性分析 圖像加密安全性分析是在不知道解密密鑰的情況下,解密全部或部分密文的技術。依靠掌握的信息量和控制系統的情況,通過加密分析獲得密鑰或部分密鑰,解密圖像或部分解密圖像。根據攻擊難易程度圖像加密攻擊類型可以分為 4 類:(1)僅知密文攻擊(Cipher-text-onlyAttack,COA):也稱為暴力攻擊(BruteForce Attack),密文圖像攻擊者僅掌握密文數據信息,利用窮舉法對密文數據進行分析,嘗試找出密鑰,對于設計完善的加密系統,這種攻擊是不可能實現的。能夠防止僅知密文攻擊是對一個加密方案的最低要求。(2)已知明文攻擊(Known-plain-text Attack,KPA):加密分析者具有一串明文 P 及其相應密文 C,這將有助于加密分析者確定密鑰或部分密鑰,從而對密文圖像進行攻擊。(3)選擇明文攻擊(Chosen-plain-text Attack,CPA):加密分析者可以選擇明文圖像數據信息輸入到包含加密算法和加密密鑰的一個封閉系統中,封閉系統會輸出相應的密文圖像數據信息,經過分析,加密分析者根據明文圖像數據信息和密文圖像數據信息之間的關系,來找出一部分密鑰甚至全部密鑰。(4)選擇密文攻擊(Chosen-cipher-text Attack,CCA):加密分析者可以選擇密文圖像數據信息輸入到包含加密算法和加密密鑰的一個封閉系統中,密閉系統會輸出相應的明文圖像數據信息,經過分析,加密分析者根據明文圖像數據信息和密文圖像數據信息之間的關系,來找出一部分密鑰甚至全部密鑰。 .........   第三章 基于混沌帳篷映射的圖像加密方案........ 29 3.1 研究背景....... 29 3.2 混沌帳篷映射........ 30 3.3 方案設計與實現.... 32 3.3.1 圖像加密方案 ......... (論文代寫就找123yC.Com原創論文網,QQ:5622.3941)32 3.3.2 圖像解密方案 ......... 33 3.4 實驗與分析............ 34 3.5 本章小結....... 44 第四章 基于三維混沌 Logistic 映射的圖像加密方案........... 45 4.1 研究背景....... 45 4.2 Logistic 映射........... 46 4.3 算法設計與實現.... 48 4.4 實驗結果....... 50 4.5 安全性分析............ 51 4.6 本章小結....... 61 第五章 基于斜帳篷混沌映射和 Arnold 變換的圖像加密方案...... 62 5.1 研究背景....... 62 5.2 相關工作....... 63 5.2.1 斜帳篷混沌映射 ..... 63 5.2.2Arnold 變換.... 64 5.3 方案設計與實現.... 65 5.3.1 算法描述 ........ 66 5.3.2 加密方案 ........ 66 5.3.3 解密方案 ........ 67 5.4 實驗結果....... 68 5.5 安全性分析............ 68   第七章 基于預覽的圖像加密方案   基于并行的圖像加密方案加解密速度已經較快了,但還是對整幅圖像進行加解密,在數字圖像信息加密保護時,若存在大量的加密的數字圖像信息,難以快速找到所需的圖像。若完全解密所有的圖像,可以找到所需圖像,但需要等待所有圖像的解密時間,隨著加密的圖像的增多,解密時間會很長。本章針對于存在多幅加密圖像時,如何快速找到所需要的那幅圖像的問題,提出了一種基于預覽的圖像加密解決方案。對于預覽,會涉及到如何設定預覽信息的問題,可以將整幅圖像進行壓縮或縮小作為預覽圖像,也可以提取圖像中的一個或多個關鍵信息區域作為預覽圖像。本章基于這個想法并結合圖像加密算法進行了詳細設計,形成了加密數字圖像預覽方案,并詳細介紹了該方案的設計與實現。經過仿真實驗驗證和安全性分析表明,該圖像預覽方案可以在全文解密加密圖像前,提前解密預覽圖像,根據預覽圖像是否是所需的圖像來判斷是否需要繼續進行全文數字圖像解密操作。這么做最大的優勢是節約了大量不必要的解密時間。該方案總體來說預覽加密數字圖像效果好、效率高,具有廣泛的應用前景。代寫論文QQ:56223941  7.1研究背景 隨著數字圖像數據信息加密技術的發展和成熟,數字圖像數據信息的加密/解密速度已經得到大幅度提高。然而隨著加密的數字圖像數據信息的增多,尤其是在加密存儲和加密數字圖像云存儲得到人們的認可之后,從大量的加密了的密文數字圖像信息中找到所需要圖像,這會涉及到加密圖像搜索,但是直接在密文圖像上進行搜索是不可能,這是圖像加密安全性的要求。若全文解密數字圖像后進行搜索,全文解密所有數字圖像數據,耗時長、效率低,不易被人們接受。解密時間和密文圖像大小是強相關的,密文圖像越大解密時間越長,那么將所有代表圖像的信息縮小,然后解密時間就會大幅度減少,這樣再進行檢索就會得到很好的效果。關鍵問題是如何縮小代表圖像的數據信息,這就用到了,圖像關鍵信息提取和圖像縮略圖技術,在加密前將每一幅數字圖像及其關鍵信息圖像或縮略圖一起加密,在解密前先解密關鍵信息圖像或縮略圖圖像,那么問題就得到了解決。基于此本章進行了深入細致的研究分析。
.........   總結   隨著大數據、云存儲、計算機技術的發展和手機等智能設備性能的提高和普及,數字圖像數據量越來越大,數據的種類也越來越豐富,人們對圖像數據隱私保護的要求也越來越高,這推動了數字圖像和視頻數據加密技術的發展,使數字圖像數據信息的加密算法研究成為當今熱門研究點之一。將來圖像數據信息還會更豐富,隨著計算機計算能力的增強,云存儲上的圖像信息將采用加密形式存儲,當需要進行查看時再解密查看,就算賬號密碼丟失都可以保證數據的安全性。隨著移動設備手機的發展,其性能越來越高,計算能力不斷提升,將使得手機等手持設備對數字圖像的處理增強,使加密應用成為現實。可以想象隨手拍張照片,輕輕一點即可加密,加密后就算手機丟失或者被偷,照片等隱私數據都是安全的,可以更好的保護隱私圖像數據。本文主要關注數字圖像加密算法和數字圖像加密方案的研究,提出了幾個優秀的圖像加密方案,經過實驗驗證和安全性分析,這些方案既高效又安全,可以應用于圖像加密的實際應用中。為了更好的服務于大規模數字圖像數據信息的加密云存儲,本文還提出了數字圖像加密預覽方案,也就是在解密密文數字圖像前,優先解密密文預覽圖像,查看該圖像是否是所需圖像,若不是,直接終止解密,若是則繼續解密全文圖像,這個方案可以大大縮短不必要的解密時間。該項技術將來還可以應用到加密數字圖像數據信息搜索中,這個應用還有待于進一步深入研究。本論文針對數字圖像數據信息加密領域,研究了基【論文論文就找123yC.cOm原創論文網,QQ:562.239.41】于幾種典型混沌的數字圖像數據信息加密解決方案。針對當前已有的數字圖像加密算法在應用過程中存在的主要問題:加密效果、加密速度、解密耗時和加密圖像預覽等問題,取得了以下研究成果:提出了基于混沌帳篷映射的數字圖像數據信息的加密解決方案提出了一種新的基于混沌帳篷映射圖像加密的解決方案,該方案有更優的加密效果、加密速度和安全性。首先,利用混沌帳篷映射和明文數據產生的混沌密鑰流更適合圖像加密;其次,利用一維混沌帳篷映射生成基于混沌的密鑰流,具有較好的隨機性和安全性。最后,對提出的圖像加密方案進行實驗驗證并使用常用的方法進行安全性分析,分析結果表明該方案具有良好的安全性,加密效果更好。 .......... 參考文獻(略)代寫論文QQ:56223941

關鍵詞:混沌 關鍵技術 圖像 計算機

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