数字图像加密算法的研究与实现

数字图像加密算法的研究与实现

摘要

数字图像加密是进行数字图像信息保密的一种手段。随着信息技术的飞速发展，数字图像在各个领域中有着极为广泛的运用，那么数字图像中所包含的信息安全性应受到重视。数字图像本身具有数据量较大的特点，用传统的的加密方法往往无法达到加密的要求，许多学者对数字图像的信息安全性进行了多次研究并提出了许多强而有效的算法。

本文研究并实现了一种基于混沌序列置乱的数字图像加密算法，通过密钥产生混沌序列，将该混沌序列进行逻辑排序，并以此排列方法对数字图像进行加密。该算法隐私性较强，在数字图像的加密和解密过程中均需要密钥的参与，因此不知道密钥的用户无法恢复数字图像，具有良好的保密性。

关键词：数字图像混沌加密数据隐藏

Abstract

Digital image encryption algorithm is a method about keeping the information of digital image secret.With the quick development of informational technology,the digital image has been utilized in many areas,so the security of message that digital images carry should be paid attention.Particularly ,digital images have the characteristic of a large amount of data,it can not meet demands about encryption that encrypting data in traditional way,which leads to a lot of scholars have spent much time and energy on researching the security about digital image information and illustrated many effective algorithm.

This article discuss and illustrate a kind of digital image encryption algorithm based on chaotic array disruption,producing chaotic array according to the key,then logically arranging existed chaotic array,finally encrypt digital image with same logic.It shows better privacy.This process requires keys participating in both encryption and deciphering,so anyone does not know the key who can not rebuild the original image.

Key words:digital image chaotic encryption hiding data

目录

摘要 ................................................................... I Abstract............................................................... II 绪论 (1)

1数字图像加密的基础理论 (4)

1.1密码学的介绍 (4)

1.2 图像加密技术 (4)

1.3数字图像的置乱 (5)

1.4混沌加密简介 (5)

1.5混沌加密安全性分析 (6)

2开发工具简介 (8)

3基于混沌的数字图像加密算法 (11)

3.1数字图像混沌加密算法总体设计 (11)

3.2 数字图像混沌加密算法 (11)

3.3数字图像混沌解密算法 (13)

4实验仿真与结果 (14)

4.1编程实现相关函数及其方法 (14)

4.2仿真结果 (14)

4.2.1非彩色图像实验仿真 (14)

4.2.2彩色图像实验仿真 (16)

结论 (18)

附录1混沌加密与混沌解密算法代码 (19)

绪论

计算机和网络的飞速发展为多媒体数字产品的使用、传播提供了极其便利的途径，然而由于数字产品具有极易被复制和修改的特性，使得数字作品的信息安全问题和版权保护成为迫切需要解决的难题。

信息时代的到来，各类信息的大爆发，日趋凸显信息安全的重要，而图像是最为直观的信息展示。数字图像是目前最为主流的多媒体形式之一，在政治、经济、国防、教育等方面均运用广泛。对于某些特定情况，如军事、商业，数字图像还需具有一定的保密功能。近些年来，爆发了多次从未出现过的大型数据信息泄露事故，这引起了政府和民众对信息安全的重视，而数字图像作为信息交流最为直观的方式更是引发了诸多学者对其信息安全性的研究[1]。

信息安全的研究经过多年发展，逐渐从密码技术发展到了信息隐藏技术，但是在隐藏技术实施的过程中，人们发现单纯的只对信息进行隐藏，虽然为信息窃取者获得有效信息设置了一定的障碍，但是依然无法保证信息较高的安全性。因此，人们考虑先将原始信息置乱，再进行信息隐藏，这相对于直接进行信息隐藏，进一步提高了保密信息的安全性。同时，先信息置乱再信息隐藏有可能达到迷惑窃取信息者的目的，即使信息泄露，由于所获得的是信息置乱后的信号，即乱码，所截取的信息有可能会被认为是无效信息，从而达到迷惑的目的。因此，信息的置乱加密是保证信息有效性的一个重要方面，这将是未来进行信息安全研究的一个重要方向。

随着信息数字化的发展，数字图像逐渐成为人们获取信息的重要方式之一。同时，网络的普及和提速，使得获得数字图像越来越容易，一些数字图像的获得无关紧要，但是某些特定的数字图像却有可能关系到个人隐私、商业利益、军事机密、国家安全，所以数字图像加密研究的重要性日趋突出[2]。

如何保障数字图像信息的安全已经成为一个不可避免的亟待解决的问题。将数字图像进行密码加密是确保数字图像信息安全的一种有效方法。信号获得者只有利用正确的密钥才能恢复原始信息，从而达到了保障信息的安全的目的。密码加密最初的运用是在文本信息中，若要对数字图像进行密码加密，最简单的方式就是将数字图像转化成二维数组矩阵，然后对所生成的二维矩阵进行传统密码加密，但是数