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图像加密技术及其安全性估计

赵晓宇  
【摘要】: 随着计算机网络和多媒体技术的迅速发展,如何保证图像信息的安全传输成为一个重要的研究课题。 本文的第一部分是关于数字图像的置乱加密方面的工作。首先,通过引入遍历矩阵进行图像的置乱变换。我们提出了几种新的置乱变换(随机阵变换、辅助图像变换)等。通过在理论上分析遍历矩阵和置换群的同构关系,定义了遍历矩阵对应的置换运算和符号体系,再统一的框架下表达各种图像置乱变换。随后,我们分析纯位置移动算法的弱点并作了改进,给出了一种新的自适应图像置乱加密算法,经过本算法加密的图像可以有效地防止已知明文的攻击,并具有很好的完整性保护功能,亦可用于图像验证。最后,我们分析了新算法的速度和安全性,并对其置乱效果进行了对比和评价,并验证了其在完整性保护方面的功能。 论文的另一部分工作是对图像变换的动力系统性状分析。我们考察了图像置乱过程中的熵的变化,定义了图像置乱后的全息度概念,并将其运用于图像的全息化存储和传输。这方面研究有些尚在理论阶段,但大部分理论已经得到了有效验证。其中相当一部分内容蕴涵了原始性的创新思想。我们还提出了图像的全息化传输概念。通过数据的置乱变换,将原始图像中许多特征信息分散开来形成一幅原来图像的“全息”照片,其中很小的一块中都含有原来图像的总体信息。由于网络数据传输存在各种干扰,有可能导致信息在传输过程中有丢失,而通过置乱变换后的图像即使缺损了某些数据,所以仍然可以恢复出一幅能反映原来图像面貌的图像。 论文还涉及了纯位置移动图像加密的破解及安全性估计。我们在引入了模糊遍历矩阵,用来破解纯位置置乱算法加密后的图像。并基于概率统计的理论来估计其破解的时间和空间复杂性。


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