为了保护数字多媒体的
版权,利用混沌序列加密具有随机性好、保密性强、密钥空间大的特点,从而保证版权所有者的权益。可以通过图像加密算法来实现版权控制。只有购买了版权,用户才可以正确解码这些数据,否则,所能看到的都是混乱不可理解的数据。目前,混沌已经有效的应用于该领域,取得了令人满意的效果。由于DNA分子能源的消耗非常低,资源丰富廉价,有极强的推广意义,对经济的发展、军事和科技水平的提高有极大地推动作用。
基于DNA编码和混沌映射的图像加密算法,能够高效的实现图像加密,提高图像加密的安全性,
近几年来,随着航天技术的飞速发展,各种人造地球卫星在运行过程中通过照相机等电子设备获得地球图像资料,为保证资料的安全可靠性,在图像传输的过程中需要对其进行加密处理。
(=) 国内外研究现状分析
当前DNA加密技术已经应用到加密领域,并取得了一些初步的成果,如Reif等科学家认为,每克DNA就含有大约 个核苷酸,按照四进制编码,就可以看做是大约 字节。高容量的存储密度非常适合加密,Celland等人用DNA微点实现了信息隐藏,把著名的的 "J une 6 invasion : Normandy" 隐藏到DNA 微点中。Catherine提出了一种基于DNA微粒的信息隐藏方法,并且用DNA微粒隐藏信息的方法实现对信息的保护[9]。例如,字母A可以用生物操作表示成DNA序列GGT。很显然,这种方法是难于实现的,并且它不适合于图像的加密。Gehani提出一种基于DNA串的一次一密的图像加密算法[10],Gehani的算法是有效的,但是这个加密过程必须通过复杂的生物实验操作才能完成。事实上,由于高端技术的实验设备,计算精度的限制以及灵敏的实验环境,目前的DNA加密系统研究仍是理论多于实践[5-11]。最近,Ning提出了一种伪DNA加密方案[11],Ning的方法不仅具有好的加密效果,而且在加密的过程中不需要复杂的生物操作,大大的提高了算法的效率,但是该方法只能实现字符信息的加密。
基于混沌的图像加密方式总体上可以划分为扰乱图像像素值和置乱图像像素位置两大类,从而达到图像加密的目的。由于混沌系统对于初始条件的敏感依赖特性,对于同一个混沌系统,存在微小差异的初始条件,也会很快产生完全不相关的混沌序列,因此基于混沌的图像加密方式具有较好的安全特性。
现有图像加密方案中, 大多采用一维混沌系统, 而Logistic映射在混沌中是比较经典的一维混沌序列,它具有所有非线性系统的本质。
Logistic映射 当 =4时系统处于混沌状态,此时系统具有类随机性,遍历性,对初值的敏感性,其范围为(0,1)。这些特性正好符合图像加密的特性。但一维混沌系统加密已被证明安全性不高。原因之一是密钥空间不够, 不能抵御穷举攻击,二是容易利用相空间重构方法进行混沌系统识别,从而不能抵御已知明文攻击。许多方案仅进行图像像素的位置置乱或像素值的替代加密。单纯的置乱不能改变图像的直方图,而单纯的替代不足以破坏图像相邻像素的相关性。Bianco发表文章High Speed Encryption System and Method[12],文中使用的就是一维Logistic混沌,Bianco用logistics映射产生一个浮点数序列,将其转化为二进制序列这不可逆工程使得恢复原始信号变得不可能,类似的方法还有protpoopescu提出的用一个初值应用于M个不同的混沌映射,它们的参数仍为密钥,在每个映射中抽取1字节,共m字节再进行异或运算的算法。
基于多维混沌映射的加密算法。这种算法的基本思路是:应用多维混沌系统,如Baker映射、Cat映射、Lorenz映射等实现对明文的置乱操作,再应用某种简单的替代操作,经过多轮迭代来实现对数据的有效加密。多维混沌映射具有较大的密钥空间,而且结构稳定,对图像的置乱算法速
度也比较快,且构造简单,通过矩阵运算就可以实现。这种技术比较适合对图像数据进行加密。1998年Fridrieh发表了文章:Symmetric ciphers based on two-dimensional chaotic maps,该方案中研究了利用二维的Baker映射和Cat映射进行象素位置变换,并分析了两种映射的密钥空间和可靠性。
超混沌是在混沌基础上发展起来的,它本身具有混沌的基本特性。但是,超混沌具有更高的复杂性,随机性和更好的不可预测性[30-49],更能有效地抵御相空间重构等破译方法的进攻,其保密性强,算法实现简单、密钥空间大。因此,超混沌加密已成为混沌图像加密的新的方向。比如2008年Gao等发表的文章A new image encryption algorithm based on hyper-chaos[44],就具有很好的加密效果,实验结果论证了这种图像加密算法具有密钥空间大,安全性高的特征,此外,对灰度值的分布具有一定的随机性。
(三) 研究内容及实施方案
本次研究的内容主要有以下几个方面:
(1).为了有效解决图像的加密速度,找到高
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