论文部分内容阅读
随着英特网和多媒体通信技术的快速发展，近几十年来互联网信息安全问题日趋严重，数字图像的安全传输问题亟待解决，保护图像信息的有效手段之一是对图像进行加密。由于混沌系统在结构上与密码系统存在着很多的相似之处，以及考虑到DNA计算的高度并行性、巨大的存储量和低能耗等特点，DNA序列操作和混沌系统常被学者们结合起来应用到加密当中以提高算法的安全性。 本文首先简要介绍了混沌理论和密码学的基础知识，然后介绍了新兴的DNA计算和DNA序列操作，在此基础上提出了基于DNA序列操作和混沌系统的数字图像加密算法，本文的主要研究工作包括以下两个部分： 1)第三章提出了一种基于DNA序列操作和多混沌系统的彩色图像加密算法，该算法的置乱阶段和扩散阶段的密钥流分别是利用混沌系统三维斜帐篷映射和耦合映象格子生成的。为了提高本算法的抗明文攻击的能力，我们利用汉明距离和本文提出的DNA的圆上距离来更新置乱过程和扩散过程的初始密钥，这两个距离都是根据明文内容计算得出的。在扩散过程中，为了提高算法的破解难度，小波函数生成的混沌序列被用来控制该过程所采用的DNA操作方式。为了进一步提高该算法的安全性和对明文的敏感性，我们对前一个输出的扩散后的DNA碱基执行了XOR操作。 2)第四章提出了一种利用S-Box的基于复数混沌系统和DNA序列操作的彩色图像加密算法。该算法为了增加破解难度，首先将RGB三个通道进行了混合，使得破解者必须同时破解三个通道。为了提高本算法抵抗明文攻击的能力，原明文图像像素值之和被用来更新复数Chen系统的初始值，然后利用Chen系统生成的部分密钥流来构造三个S-Box，并利用Chen系统生成的剩余部分的密钥流和S-Box来置乱三个通道。在扩散过程则根据置乱后的DNA碱基控制所采用的DNA序列操作方式，使得本算法紧密依赖于明文的每个像素，从而能够进一步提高本文算法抗明文攻击的能力。 本文对上述两个算法分别进行了模拟仿真实验，并对算法的安全性进行了详细的分析，结果表明这两个算法都能够有效的抵抗明文攻击、差分攻击、统计攻击和抵抗暴力攻击。文章最后对全文进行了总结，并展望了数字图像加密算法今后的发展趋势。