基于混沌映射的量子图像加密算法研究

论文摘要

随着计算机技术的快速发展以及大数据的普及,人们可以通过互联网传输大量信息。由于互联网的开放性,信息在传输过程中面临着安全性的问题,这些信息往往涉及到个人隐私等敏感信息,信息在传输和存储过程中的安全性需要得到保证。目前图像信息已成为网络中最常见的信息,在多种领域得到大量应用,在多媒体信息扮演了极其重要的角色,人们对图像的安全给予了广泛关注。目前保护图像安全的方法主要为图像加密,图像加密可以保证图像在传输和存储过程中的安全性,提出加密效果良好,安全高效的图像加密方法极大地促进了信息安全领域的发展。近几年量子信息学发展迅猛,传统处理图像的方法已不能满足需求,处理方式已从经典领域逐步扩展到量子领域。由于量子计算具有诸多特性,如并行和叠加等,在效率和安全方面基于量子理论的图像处理方法具有的优势显著。自2013年起,量子图像加密得到快速发展,量子图像处理渐渐得到了人们的关注。本文分别提出了两种加密方法,分别使用不同的混沌映射进行量子图像加密,最后对加密算法进行了仿真实验和效果分析。主要加密思想与创新点为以下几个方面:提出一种基于Logistic混沌映射的量子图像加密算法,算法的重点在于图像像素点的空间位置置乱,由于混沌映射非周期性强,能够有效解决图像置乱的周期性问题,提高了置乱效果,随后根据Logistic混沌映射产生的随机序列进行图像红绿蓝三基色互换操作,加密效果得到了提高,而且混沌映射的密钥空间大,增强了抵御暴力破解攻击的能力,通过仿真实验和对加密指标进行分析可以确定该算法具有有效性和可行性;提出了一种基于混沌映射和DNA编码的量子图像加密算法,算法采用Lorenz混沌映射选择DNA编码方式和产生自然DNA矩阵,在选择DNA运算方面,混沌映射的不可预测性极大增强了加密算法的加密效果,使得加密算法的安全性得到了显著提高,增大了破解难度,最后根据两种加密算法的实验结果,总结算法的加密的特点并对优势进行分析,结果显示混沌映射迭代速度快,加密效率高,密钥空间大加密效果好,在加密效率和安全性方面,本文提出的两种图像加密算法均优于经典图像加密算法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 量子图像处理的研究现状
•     1.2.2 量子图像加密的研究现状
•   1.3 主要研究内容
•   1.4 章节安排
• 2 加密的基本理论
•   2.1 混沌理论
•     2.1.1 混沌的定义
•     2.1.2 混沌运动的特性
•     2.1.3 混沌的判据
•     2.1.4 常见的混沌映射
•     2.1.5 混沌密码学
•   2.2 DNA密码理论
•     2.2.1 DNA计算
•     2.2.2 DNA密码学
•   2.3 量子信息基础
•     2.3.1 量子态
•     2.3.2 量子Bloch球面描述
•     2.3.3 幺正演化
•     2.3.4 量子不可克隆定理
•     2.3.5 量子图像表示
•   2.4 本章小结
• 3 基于Logistic混沌映射的量子图像加密算法
•   3.1 混沌映射
•     3.1.1 Logistic映射
•     3.1.2 Chen超混沌映射
•   3.2 量子图像编码和量子态的么正演化
•     3.2.1 量子图像编码
•     3.2.2 量子态的么正演化
•   3.3 基于Logistic混沌映射的量子图像加密算法
•     3.3.1 图像加密步骤
•     3.3.2 加密实例说明
•     3.3.3 图像解密与测量
•   3.4 实验结果
•   3.5 安全性测试与分析
•     3.5.1 算法复杂度分析
•     3.5.2 密钥空间和安全性分析
•     3.5.3 灰度直方图分析
•     3.5.4 相关性分析
•     3.5.5 信息熵分析
•     3.5.6 差分攻击
•   3.6 本章小结
• 4 基于混沌映射和DNA编码的量子图像加密算法
•   4.1 DNA编码和Lorenz混沌映射
•     4.1.1 DNA编码
•     4.1.2 基于混沌映射的DNA编码
•     4.1.3 Lorenz混沌映射
•   4.2 基于混沌映射和DNA编码的图像加密算法
•     4.2.1 图像加密步骤
•     4.2.2 基于行列循环移位的量子图像置乱
•     4.2.3 基于Lorenz混沌的DNA扩散加密
•     4.2.4 加密示例说明
•     4.2.5 算法的创新点
•   4.3 实验结果
•   4.4 安全性测试与分析
•     4.4.1 算法复杂度和安全性分析
•     4.4.2 密钥空间和敏感性分析
•     4.4.3 灰度直方图分析
•     4.4.4 相关性分析
•     4.4.5 信息熵分析
•     4.4.6 差分攻击
•   4.5 两种算法的对比与分析
•   4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附件

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 霍达

导师: 张健

关键词: 混沌映射,编码,图像加密,量子图像

来源: 东北林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,计算机软件及计算机应用

单位: 东北林业大学

分类号: TP309.7;O413

DOI: 10.27009/d.cnki.gdblu.2019.000178

总页数: 77

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