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《西安邮电大学》 2019年
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基于混沌理论的图像加密与信息隐藏算法研究

田慧明  
【摘要】:随着密码学的发展,各类加密技术已在金融服务、航天航空、量子通信、生物技术以及机器学习等领域得到广泛应用,并涌现出许多新颖的与信息安全相关的技术。本文针对现有图像加密与信息隐藏算法存在的不足,利用改进混沌系统的普适性和鲁棒性,提出了一种新型的图像加密分存算法与三种信息隐藏算法。主要研究内容如下:1、对经典的混沌系统、图像加密算法和信息隐藏算法进行分析阐述,针对其存在的扩散效果差、安全性低以及鲁棒性差等问题,给出一种广义的共享矩阵S~((k,n)),将该矩阵与Tent混沌相结合,提出一种新的图像加密分存算法。混沌加密后的图像数据与所提出的共享矩阵点积编码后分别生成大小减半的n幅图像。理论分析证明,所提出算法能够适用于图像加密,符合密码学标准。仿真结果表明,算法能够适用于二值、灰度和彩色图像,且具有一次一个随机密钥的独特性质。安全性分析表明,算法密钥空间大,有较高的安全性和鲁棒性。2、研究了Henon混沌系统及其改进方法,利用改进的混沌系统的普适性与图像分块信息的冗余性,提出了一种基于混沌理论与整数变换相结合的可逆信息隐藏算法。为了得到更好的混沌特性,在Henon混沌系统中加入控制参数,得到不受参数控制的全混沌系统。秘密图像信息用改进的混沌系统加密后,再利用整数变换信息隐藏算法将其隐藏在载体图像中。最后,得到具有双重安全性的伪装图像。通过实验仿真表明,本算法能够实现载体与秘密消息的可逆恢复,具有较高的信息嵌入量,符合各项安全性指标。3、研究了传统直方图信息隐藏的算法原理,基于该理论基础提出了基于直方图关联映射的信息隐藏算法。按照分块信息中直方图信息的冗余性,将嵌入方式分为RB和NRB两种类型,克服了传统直方图信息隐藏算的溢出问题。仿真结果表明,算法最大嵌入率能够达到60%以上;在面向椒盐、高斯等噪声的多应用环境下,嵌入率也能达到35%以上,具有一定的抗噪鲁棒性。4、研究了LBP与OPAP算法原理,将多位的LBP特征与LSB相结合设计出一种高容量信息隐藏方法。通过对图像的k位ELBP编码获得图像LBP特征,将秘密信息通过r(r(27)k)位LSB算法隐藏在LBP特征图像中。为了提高图像质量,对隐藏特征图像利用OPAP方式进行图像像素调整,ELBP解码后得到高质量的伪装图像。虽然该方法是不可逆的,但是不会失去原来图像的基本视觉信息,原始图像与伪装图像的PSNR能够达到30dB,算法嵌入率最大能够达到77%。仿真结果表明,提出算法嵌入率高、能够抵御隐写分析、安全可靠。
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