空間混沌及其在圖像加密中的應(yīng)用

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1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文中文摘要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字信息在世界范圍內(nèi)得到日益廣泛的應(yīng)用。然而，數(shù)字信息易于拷貝和發(fā)布給其應(yīng)用帶來(lái)了諸多安全問(wèn)題。當(dāng)前，數(shù)字信息在互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中的安全通信技術(shù)成為極具重要性的研究方向。密碼學(xué)是保護(hù)信息安全的最基本的手段?；煦缋碚摵兔艽a學(xué)之間有著天然的聯(lián)系：如對(duì)初始條件和控制參數(shù)的敏感性、周期點(diǎn)集的稠密性和拓?fù)鋫鬟f性，和密碼學(xué)中的混淆與擴(kuò)散特性。因此，基于混沌的密碼技術(shù)在信息安全方面具有重要的地位。自二十世紀(jì)80年代以來(lái)，應(yīng)用混沌系統(tǒng)構(gòu)造新型密碼系統(tǒng)受到了越來(lái)越多的關(guān)注，出現(xiàn)了不少充滿希望的進(jìn)展。然而，近期的研究表

2、明，原來(lái)提出的被認(rèn)為是實(shí)用性強(qiáng)和安全性高的混沌密碼方案被分析，并被證實(shí)它們效率低、不安全和不可用。尤其對(duì)于信息量大和冗余度高的圖像文件，大部分傳統(tǒng)的基于混沌的密碼系統(tǒng)不適合直接對(duì)它進(jìn)行加密。如何通過(guò)細(xì)致的分析設(shè)計(jì)安全的混沌密碼方案日漸成為急待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。本文對(duì)高維混沌系統(tǒng)在圖象加密中的應(yīng)用做了深入研究，首次將空間混沌引入到密碼學(xué)中，并設(shè)計(jì)了幾種新的圖像加密方案。此外，研究了分子軌道系統(tǒng)模型中的非線性行為，即從理論上證明了分子軌道中的空間混沌以及分岔現(xiàn)象的存在。論文的主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新之處有：1．對(duì)當(dāng)前混沌密碼學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了詳細(xì)的分析、歸納和總結(jié)，提出了目前存

3、在的一些需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題；2．從多方面對(duì)混沌理論基礎(chǔ)作了詳細(xì)的闡述。首先回顧了混沌理論的研究歷史并給出了幾種混沌的定義。其次簡(jiǎn)要概括了密碼學(xué)的基本理論。然后闡述了混沌理論和混沌密碼學(xué)的關(guān)系。最后介紹了幾種混沌圖像加密方法；3．設(shè)計(jì)了一種利用高維混沌實(shí)現(xiàn)圖像加密的加密方案。首先利用Arnoldcat映射混亂圖像相素的位置，然后用Lorenz混沌系統(tǒng)進(jìn)一步加密圖像：4．利用耦合映射格子進(jìn)行數(shù)字圖像的加密，設(shè)計(jì)加密／解密方案并進(jìn)行了安全分析，獲得了一個(gè)更安全、更適合數(shù)字圖像的加密系統(tǒng)；IJ東大學(xué)博士學(xué)位論文5．研究了具有矩形邊界的方格子形共軛分子、直鏈和單環(huán)共軛分子結(jié)構(gòu)

4、的電子載波的運(yùn)動(dòng)形式，分析了分子軌道的非線性特性，如空間混沌、分岔和其他的非線性特性。另外，也討論并給出了分子軌道和它的能量層的關(guān)系。從理論上證明了分子軌道中的空間混沌以及分岔現(xiàn)象的存在；6．研究了由空間混沌系統(tǒng)生成的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列的密碼學(xué)特性，對(duì)這種偽隨機(jī)二進(jìn)制序列進(jìn)行了密碼學(xué)中眾所周知的FIPS．140．1統(tǒng)計(jì)性測(cè)試，并進(jìn)行了相關(guān)性分析，結(jié)果通過(guò)了所有的測(cè)試，說(shuō)明這種偽隨機(jī)二進(jìn)制序列具有很好的密碼學(xué)性能：7．基于空間混沌，設(shè)計(jì)了兩種圖像加密方案，并且進(jìn)行了安全性分析，實(shí)現(xiàn)了利用空間混沌對(duì)圖像的加密／解密；8．最后對(duì)論文工作進(jìn)行了系統(tǒng)的全面總結(jié)并對(duì)今后的研究方向

5、進(jìn)行了展望。對(duì)空間混沌以及空間混沌在圖像加密中的應(yīng)用的研究，不僅豐富了混沌保密通信的內(nèi)容，而且也從另一角度對(duì)空間混沌有了新的認(rèn)識(shí)和理解。因此對(duì)于空間混沌系統(tǒng)的深入認(rèn)識(shí)和研究不僅具有重要的理論價(jià)值，而且具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：混沌；空間混沌：信息安全；密碼學(xué)；混沌密碼；圖像加密ⅡABSTRACTWiththerapiddevelopmentandextensiveapplicationsofcomputerandcomma．nicationtechnologies，digitalinformationisbeingappliedmoreandmorewidel

6、yintheworld．Digitalinformationiseasytocopyanddistribute，thisalsoproducesmanysecurityproblemsinitsapplications．Asaresult，thesecurityandprotectionofdigitalinformationarebecomingincreasinglyakeyproblemthatmustbesolvedurgently．It’Swellknownthatcryptographyisthefundamentalmethodforinformati

7、onsecurity．Thereisnaturalrelationshipbetweenchaosandcryptography：suchasthesensitivedependenceoninitialconditionsandcontrolparameters，thedensityofthesetofallperiodicpointsandtopologicaltransitivitywhicharerelatedtosomere．quirementssuchasconfusionanddiffusionincryptography．Therefore，ch