【摘 要】
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随着多媒体与大数据技术的发展,互联网上的多媒体信息呈现海量增长趋势。然而,互联网开放便利的同时,也给多媒体信息安全带来威胁。其中,数字图像在通讯、医学、遥感等领域应用最为频繁,一旦遭遇不法分子监听、盗取和篡改,将给国家和个人带来不可挽回的损失。因此,保护数字图像安全是密码学的重要课题。混沌系统具有天然密码学特性,在图像加密领域具有广泛应用。然而,单一的混沌加密算法被证明安全性弱。脱氧核糖核酸(De
【基金项目】
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中国矿业大学未来杰出人才助力计划:“基于Zigzag和傅立叶变换的多图像加密算法研究”(编号:2020WLJCRCZL025); 江苏省研究生科研与实践创新计划:“基于Zigzag和傅立叶变换的多图像加密算法研究”(编号:SJCX200812);
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随着多媒体与大数据技术的发展,互联网上的多媒体信息呈现海量增长趋势。然而,互联网开放便利的同时,也给多媒体信息安全带来威胁。其中,数字图像在通讯、医学、遥感等领域应用最为频繁,一旦遭遇不法分子监听、盗取和篡改,将给国家和个人带来不可挽回的损失。因此,保护数字图像安全是密码学的重要课题。混沌系统具有天然密码学特性,在图像加密领域具有广泛应用。然而,单一的混沌加密算法被证明安全性弱。脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,DNA)具有高度并行性与存储密度,能提高加密算法的安全性。为解决多图像加密算法在安全、效率和加密容量上的不足,提出两种基于混沌和DNA的多图像加密算法。主要研究内容如下:(1)提出一种基于三维置乱模型和动态DNA编码的多图像加密算法。首先,将多幅明文图像的哈希值生成算法的密钥,并迭代出所需的混沌序列;其次,将多幅明文图像构建为三维图像立方体,利用混沌与广义Zigzag变换,建立三维置乱模型并对图像立方图进行置乱;再次,按照指定的编码与运算规则,利用混沌序列对置乱后的图像进行动态DNA编码和DNA操作;最后,进行动态DNA解码操作,得到最终的加密图像。实验分析表明:算法密钥空间为2628,足够抵御穷举攻击,信息熵为7.9998,批量加密时间为1.71秒,且加密容量不受限制,能高效地保障数字图像数据的安全。(2)提出一种基于多向扫描置乱和DNA掩膜运算的多图像加密算法。首先,将多幅明文图像组成图像立方体,利用多幅明文图像的哈希值与外部参数生成初始密钥,并代入混沌系统生成所需序列;其次,利用混沌序列与多向扫描对图像立方体进行置乱;再次,利用混沌序列生成掩膜矩阵和规则矩阵,并对掩膜矩阵与置乱结果进行动态DNA编码;最后,按照规则矩阵对编码后的图像立方体和掩膜矩阵进行DNA运算,经过DNA动态解码得到最终加密图像。实验分析表明:算法密钥空间为2415,信息熵为7.9998,批量加密时间为1.64秒,具有安全、高效和鲁棒性强的优势,能够抵御蛮力、统计分析与选择明文等攻击。本文共有图119幅,表34个,参考文献95篇。
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