一种基于混沌随机序列的医学数字图像加密算法研究

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一直以来,医疗都是公众生活的关键构成部分。在电子技术迅猛发展下,日渐增多的电子设备被用来辅助诊断疾病。传统的患者数据管理模式已不再适用。为此,PACS(Picture Archiving and Communication Systems)系统用于电子管理,将病人的相关诊断结果经由数字图像形式保存于系统内。由于此类图像内含病人个人信息,倘若被随意访问和查看,极易导致相关社会问题的发生,那么患者的数据安全存储与安全传输保障已成为必须不断加强改进的问题。此次研究借助Dicom标准内“医学图像加密算法”概念,建立一类以高级加密标准 AES(Advanced Encryption Standard)与混沌序列 CTS(Chaotic Sequence)为基础的医学图像加密算法,同时基于此完成此算法的设计、实现。此算法体系先对Rijndael算法的特征、缺陷展开系统分析并加以总结。其在实现方面具备简捷性,且具备较为稳定的性能,密钥具备一定灵活性,同时在安全性方面有着较好保障,对暴力破解具抵御能力,在安全性、效率上有着良好表现。然而此算法加密的对象以一维数据流为主,就图像加密处理而言依然存在不足。其次,利用logistic映射,又称单峰映象,对初始值和参数的变化非常敏感,这个特性可以用来创建类似混沌的特征,从而可以构造一个伪随机数的生成器PRNG(Pseudo Random Number Generator),使逻辑映射产生的实值CTS向二进制CTS转换。实验结果显示,二进制CTS作为随机序列是对数字图像加密具适用性的理想之选。最后,考虑到医学数字图像数据量非常大、冗余度极高、像素间还存在显著联系,经由AES算法密匙的XOR运算完成图像像素值的变换,S-box变换实现图像像素的替换,将伪随机数生成器生成的CTS用于图像内混合变换像素行列,建立基于AES和CTS序列相联合的图像置乱(加扰)加密算法,可以有效地保证图像加密的安全性。
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