基于多混沌系统和DNA的图像加密技术研究

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在信息化的时代背景下,世界各地的信息网络联系在一起,组成了一张覆盖全球的互联网络。海量数据在网络上以数字形式进行传输,图像形式因其直观生动的视觉效果、良好的数据承载能力以及传输成本,在网络传输中使用广泛。一些未经加密的图像在传输过程中可能会被未经授权的黑客非法访问,造成隐私泄露。为了保证网络信息安全,确保传输数据的安全与完整,图像加密研究应运而生,但是传统的加密方案在实际应用中效果不好,因为这些方案原本用于加密文本信息,它们不适用于图像。研究者们因此进行了进一步的研究,开始结合混沌理论提出了诸多基于混沌映射的图像加密方案。本文重点便是对混沌映射与图像加密进行相关研究,设计了一种构建高维循环对称混沌系统的新模型,并进行理论与实例验证,之后提出了一种基于新混沌系统3D-CSLM和DNA计算的图像加密方案,而且对其加密性能进行了仿真实验。本文针对现存部分一维混沌映射混沌参数范围小、混沌轨迹单一且特征明显、混沌序列复杂性不足等问题,本文提出了一种基于经典一维混沌映射构建高维循环对称混沌系统的理论模型。所提出模型保留了原始混沌映射的简单结构,利用之前的映射变量关联控制下一个映射的变量数值,连续的迭代映射,使得各映射首尾相连构建循环。通过对提出模型的循环对称性、初值敏感性以及有界性的理论验证,证明了本文模型的可行性。本文还将两个经典一维混沌映射应用到新模型中,提出了基于Logistic映射和Chebyshev映射的三维循环对称混沌系统,命名为3D-CSLM和3D-CSCM。对二者进行混沌性能实验分析,实验内容包括相空间分布、映射分岔图、李雅普诺夫指数、近似熵等,实验结果表明二者的混沌性能得到有效提升。本文为验证高维循环对称混沌系统模型的实用性与有效性,将3D-CSLM应用到图像加密之中,设计了一种基于3D-CSLM和DNA计算的图像加密算法。该算法使用新提出的3D-CSLM生成加密所用混沌序列,保证了算法的复杂性与安全性。采取明文关联措施,通过统计原始明文图像的像素值,对统计值处理后参与到图像加密步骤,提高算法抵御选择攻击的能力。结合DNA计算对图像数据进行转换,利用DNA编码将二维矩阵转化为DNA序列,再进行DNA运算实现图像像素扩散,DNA解码后再进行异或操作完成加密。仿真实验结果表明本文算法加密效果良好,安全性较高,能够有效抵御各类攻击。
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