基于光混沌的Android平台图像加密系统的设计与实现

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如今基于Android的智能手机等移动设备已成为现代社会生活中不可或缺的一部分。虽然Android设备本身会存在一定的信息安全保护,但由于网络病毒、恶意程序和窃密的存在,这些年Android平台上发生了许多网络安全攻击和隐私泄露事件,同时Android信息安全问题也一直是学术研究和公众关注的热点。随着移动互联网多媒体信息技术的发展,尤其是图像作为日常信息中的重要载体而被日益广泛地在Android设备间传播与存储,它们所受到的攻击也与日俱增。因此传输和存储图像时的数据安全问题引起了广大学者的关注,而通常的解决方法就是对其进行加密存储与传输。其中,以混沌理论为基础的图像加密方案拥有出色的性能。这些方案通常利用传统混沌的突出优点例如初始条件的敏感性和复杂的动力学行为等,将混沌加密算法引入到针对图像、视频等多媒体文件加密方法和技术的研究中。近些年,随着混沌系统的研究和应用,Baker、Henon等混沌映射系统和超混沌系统逐渐被用来研究图像加密技术。与此同时,激光器的产生及其混沌理论的飞速发展为光混沌应用于图像加密方案提供了可能。随着半导体激光器(Semiconductor Laser,SL)的发展及其非线性动力学特性研究的深入,激光混沌保密通信成为了近年来的一个应用新领域。基于SL产生的光混沌信号具有高带宽,高复杂性,低损耗的优点,这些优势使得光混沌在图像加密和网络安全方面有广大的研究与应用前景。通过研究发现,大部分的传统图像加密方案是基于数学变换或者传统混沌理论加密算法。其中某些加密方案是在FPGA、ARM开发板等硬件平台上进行设计与实现的,同时在Matlab软件上进行数值仿真并分析其加密算法的性能。如今,Android设备因存储和共享数据方便而受到广泛欢迎,故针对Android平台数字彩色图像的数据安全问题,本文提出了一种新型的基于智能手机、平板等Android移动端设备的图像加密和保密传输方案。在这个方案当中,基于VCSEL的光混沌系统产生的光混沌数据源被应用于图像加解密的密钥生成以及传输。经过Android集成的Open CV SDK对数字彩色图像进行预处理并得到该图像R、G、B三个通道的像素矩阵。本文利用约瑟夫遍历置乱、相邻像素异或和Logistic混沌扩散等加密算法并结合光混沌序列密钥,分别对原始图像三个通道的像素矩阵进行扩散和置乱,从而达到数字图像加密的效果。此时加密图像可以通过Android设备的蓝牙、Wifi或者其它的共享应用上传到网络中进行传输,接收端接收加密图像并可以正确的解密。本文在Matlab数值仿真的基础上还测试和分析了一些图像加密算法通常所涉及的加密性能指标。因此本文实现了图像加密技术在Android硬件平台上的应用,同时该方案有着优秀的加密效果,能够避免用户图像隐私的泄露。未来可以考虑此方案在Android平台的视频、音频、文本等多媒体文件进行研究,具有较高的实用价值和一定的借鉴意义。
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