基于混沌映射和AES的图像加密算法的研究

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随着信息化社会的到来,多媒体信息越来越丰富,其中图像是最重要的信息载体之一。随着互联网在人类生活中的大规模普及,图像逐渐在互联网通信过程中大规模使用,给社会和人类的生活带来了极大的进步意义。信息技术给人类的生活和工作带来了便利,同时也带来了一系列让人担忧的安全问题。由于图像在互联网中大规模使用,特别是当图像具有较重要的信息时,图像在网络传输过程中容易遭受攻击和破坏。随着信息安全事件频繁发生,对个人、社会以及国家都造成了非常严重的影响,因此,图像加密受到人们的密切关注,图像加密技术成为了当今的研究热点。在当前图像加密领域中,AES加密算法受到广大专家学者的关注,不断有新的与AES有关的图像加密算法被提出。在应对图像加密的问题中,AES加密算法具有较复杂的替换和置换结构,整体的加密效果较好,但其却存在密钥空间小、S盒和轮密钥固定不变等缺陷,使其整体的安全性有所下降,因此,本文提出一种基于改进Henon映射和AES结合的图像加密算法,用以提升AES加密算法整体的安全性。首先,四维Henon映射存在至少有两个以上的正Lyaponuv指数,具有超混沌性特征,能够产生巨大的密钥空间,伪随机性较好,而且具有较高的混沌特性和较复杂的非线性动力学行为,因此通过采用四维Henon映射来获取超混沌序列,作为设计AES加密算法的密钥来源,以解决AES加密算法中密钥空间小的问题。接着,通过采用明文图像像素的平均值作为参数导入四维Henon映射以截取四组混沌序列,从而引入了明文图像的相关特性,以提高图像加密算法抵抗明文图像攻击和密文图像攻击的能力。然后,将四组混沌序列作为特定BP神经网络的训练样本,以获得具有较随机性和无序性的四组非线性混沌序列,作为AES加密算法的目标密钥,以提高AES加密算法的密钥的随机性。最后,将四组混沌序列生成两组S盒和轮密钥,通过两轮AES加密得到最终的密文图像,以解决AES加密算法中S盒和轮密钥固定不变的问题。通过对图像加密领域中典型图像进行仿真实验和性能分析,包括直方图分析、统计学分析、差分攻击分析、选择明文(密文)攻击分析、唯密文攻击分析、已知明文攻击分析和密钥空间分析,本文算法能够有效的实现图像加密,而且具有较好的安全性,能够抵抗多种攻击。在与同类典型算法的对比分析中,本文提出的算法具有一定的比较优势,达到了课题研究的目标。
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