《基於混沌的高安全性實時數字圖像加密技術研究》是依託東北大學，由付沖擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於混沌的高安全性實時數字圖像加密技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：付沖
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題是混沌理論、密碼學、信息學、計算機科學與數理統計相結合的交叉性前沿研究，是利用非線性科學理論解決圖像信息安全問題的套用理論研究。近年來基於混沌理論的圖像加密技術取得了廣泛研究並取得了大量理論及套用成果。然而，現有技術在安全性、加密速度、以及與頻域壓縮編碼結合方面仍存在諸多不足，並且目前對圖像加密系統的密碼學評估體系尚不完善，這些問題嚴重製約了這一極具潛力技術的發展。本課題擬通過設計有限精度下高質量混沌PRNG、基於複雜多渦卷混沌系統的圖像加密系統、具有顯著擴散特性的置亂算法、並行圖像加密算法、時域加密與頻域壓縮聯合編碼算法等一系列改進與創新方案，創建一種高安全性、高效率混沌圖像加密系統。與現有技術相比，新方案在密鑰流統計特性、密鑰空間、抗己知/選擇明文攻擊，抗統計攻擊，抗差分攻擊以及加密速度等方面具有諸多優點，可很好的滿足寬頻網路環境下的大容量圖像實時、安全傳輸需求。
結題摘要
近年來，伴隨著數字圖像在網路中傳播的激增，其安全問題得到了廣泛的關注。基於混沌的加密方案具有安全性與加密效率的良好平衡性，特別適合於實現大容量數字圖像的實時、安全傳輸，目前已成為圖像加密的主流技術並得到了廣泛的研究。本課題研究對現有混沌圖像加密技術進行了全面的跟蹤與分析，針對安全性存在的不足，提出了兩種改進方案：(1) 現有圖像置亂方法通常基於保面積可逆混沌映射實現，此類方法存在“周期性”、“不動點”以及“圖像比例限制”等缺陷。本課題提出了一種基於格雷碼的圖像置亂技術，有效解決了以上問題。此外，由於格雷碼的轉換基於CPU原子操作，該置亂方法擁有比傳統算法更高的運算效率。(2) 通過明文影響混沌系統的疊代過程，從而建立密鑰流與明文相關機制，是保證加密系統抵禦已知明文和選擇明文攻擊的一種通用手段。但其帶來的問題是混沌序列不能夠被不同輪的加密操作所重用。本課題提出了一種在加密過程中動態改變密鑰流元素值的方案，有效解決了該問題。針對加密效率存在的不足，提出了三種改進方案：(1) 基於輕量級哈希函式設計了一種與明文相關的像素置亂算法。通過在置亂過程中引入擴散機制，加速了擴散過程並提高了擴散強度，減小了為達到安全要求所需的最少加密輪數。(2) 設計了一種基於置亂矩陣復用技術的圖像加密方案。在該方案中，擴散密鑰流通過對置亂矩陣進行合適的變換產生，而不再基於具有較高計算代價的混沌系統疊代和混沌序列量化過程，系統的效率因而獲得顯著提升。(3) 提出了一種基於多核計算模式的彩色圖像加密方案。該方案在置亂與擴散算法設計中引入了新的並發計算模式，通過充分利用處理器資源提高了加密效率。針對圖像壓縮加密聯合編碼研究所存在的不足，提出了一種JPEG格式兼容的聯合編碼方案。該方案針對DC與AC兩類係數的不同特點，分別設計了不同的加密方案，實現了加密效果與碼率膨脹間的良好平衡。以上研究成果對本領域的技術發展具有重要的促進作用與參考價值。
