【正文】 基于Arnold置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目：基于Arnold置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實(shí)現(xiàn)Ⅲ 基于Arnold置亂的數(shù)字圖像加密算法的研究與實(shí)現(xiàn)第一章 綜述在一切數(shù)字化信息中，圖像信息是一種非常直觀而又含有大量信息的載體，此所謂“千言萬語不及一張圖”。目前，圖像的所有者可以在Internet上發(fā)布和拍賣他所擁有的圖像，這種方式不但方便快捷、不受地域限制，而且可以為所有者約大量的費(fèi)用。從廣義上說，圖像是自然界景物的客觀反映，是人類認(rèn)識(shí)世界和人類本身的重要源泉。圖像對(duì)我們并不陌生，它是用各種觀測(cè)系統(tǒng)以不同形式和手段觀測(cè)客觀世界而獲得的，可以直接或間接作用于人眼進(jìn)而產(chǎn)生視知覺的實(shí)體。人的視覺系統(tǒng)就是一個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)，通過它得到的圖像就是客觀景物在人眼中形成的影像。圖像信息不僅包含光通量分布，而且也還包含人類視覺的主觀感受。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們還可以人為地創(chuàng)造出色彩斑斕、千姿百態(tài)的各種圖像。我們生活在一個(gè)信息時(shí)代，科學(xué)研究和統(tǒng)計(jì)表明，人類從外界獲得的信息約有75％來自視覺系統(tǒng)，也就是從圖像中獲得的。這里圖像是比較廣義的，例如照片、繪圖、視像等等。圖像帶有大量的信息，百聞不如一見，就說明了這個(gè)事實(shí)。客觀世界在空間上是三維(3D)的，但一般從客觀景物得到的圖像是二維(2D)的。一幅圖像可以用一個(gè)2D數(shù)組來表示，這里和表示2D空間中一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的位置，而則代表圖像在點(diǎn)的某種性質(zhì)的數(shù)值。例如常用的圖像一般是灰度圖，這時(shí)表示灰度值，它常對(duì)應(yīng)客觀景物被觀察到的亮度值。常見圖像是連續(xù)的，即的值可以是任意實(shí)數(shù)。為了能用數(shù)字計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行加工處理，需要把連續(xù)的圖像在坐標(biāo)空間和性質(zhì)空間都進(jìn)行離散化。這種離散化了的圖像就是數(shù)字圖像，可以用來表示。這里代表離散化后的，代表離散化后的，其中代表圖像的行(row)，代表圖像的列(column)。這里的值都是整數(shù)。本文以后主要討論數(shù)字圖像，在不引起混淆的情況下我們用代表數(shù)字圖像，如不特別說明都在整數(shù)集合中取值。一般地，模擬圖像經(jīng)采樣離散后得到的數(shù)字圖像具有以下的特點(diǎn)：(1)圖像數(shù)據(jù)信息量很大。例如取512512個(gè)象素組成一幅數(shù)字圖像，如其灰度級(jí)用8比特的二進(jìn)制來表示，則有28=256個(gè)灰度級(jí)，那么這幅圖像的數(shù)據(jù)信息量即為5125128=2097152比特。若是彩色圖像，數(shù)據(jù)量會(huì)更大。對(duì)這樣大數(shù)據(jù)量的圖像進(jìn)行處理，必須要有計(jì)算機(jī)才能勝任，而且計(jì)算機(jī)的內(nèi)存量要大。(2)數(shù)字圖像占用的頻帶較寬。與語言信息相比，占用的頻帶要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。，而語言帶寬僅為4kHz左右。頻帶愈寬，技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難度就越大，成本亦高，為此對(duì)頻帶壓縮技術(shù)提出了較高的要求。(3)數(shù)字圖像中各個(gè)象素不是獨(dú)立的，其相關(guān)性很大。就是說，有大塊區(qū)域的灰度值是相差不大的。例如在一幅數(shù)字電視圖像中，同一行中相鄰兩個(gè)象素或相鄰兩行的象素，而相鄰兩幀電視圖像之間的相關(guān)性比幀內(nèi)相關(guān)性還要大一些，因此圖像信息的冗余度很大。(4)數(shù)字圖像是需要給人觀察和評(píng)價(jià)的，因此效果的好壞受人的因素影響較大。由于人的視覺系統(tǒng)很復(fù)雜，數(shù)字圖像受環(huán)境條件、視覺性能、人的主觀意識(shí)的影響很大，因此要求系統(tǒng)與人的良好的配合，這還是一個(gè)很大的研究課題。 信息安全隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大量個(gè)人和公眾信息在剛絡(luò)上傳播，使得信息的安全問題成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，信息的安全與保密不僅與國家的政治、軍事和外交等有重大的關(guān)系，而且與國家的經(jīng)濟(jì)、商務(wù)活動(dòng)以及個(gè)人都有極大的關(guān)系。隨著信息化社會(huì)的到來，數(shù)字信息與網(wǎng)絡(luò)已成為人們生活中的重要組成部分，他們給我們帶來方便的同時(shí)，也給我們帶來了隱患：敏感信息可能輕易地被竊取、篡改、非法復(fù)制和傳播等。而信息安全中圖像安全是大家所關(guān)心的。對(duì)于圖像信息，傳統(tǒng)的保密學(xué)尚缺少足夠的研究。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)此已有一些研究成果。近年來，相繼召開了多次信息隱藏的國際學(xué)術(shù)會(huì)議，圖像信息隱藏及在圖像中隱藏信息問題為其重要議題之一，且有關(guān)的論文以保護(hù)多媒體數(shù)據(jù)版權(quán)的數(shù)字水印技術(shù)為主。多媒體數(shù)據(jù)，尤其是圖像，比傳統(tǒng)的文字蘊(yùn)涵更大的信息量，因而成為人類社會(huì)在信息利用方面的重要手段。因此針對(duì)多媒體信息安全保護(hù)技術(shù)的研究也顯得尤為重要，多媒體信息安全是集數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、信息論、概率論、計(jì)算復(fù)雜度理論和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及其它計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)于一體的多學(xué)科交叉的研究課題。對(duì)通訊安全的研究不僅包括加密，還包括以隱藏信息為根本的信息安全。作為多媒體信息安全技術(shù)的研究方法，目前有多媒體信息加密和多媒體信息隱藏技術(shù)兩種。多媒體信息加密：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)和現(xiàn)代電子商務(wù)的不斷發(fā)展，在機(jī)要、軍事、政府、金融和私人通信中，多媒體信息加密技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)非常實(shí)用又亟待快速發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。保護(hù)圖像信息安全最經(jīng)濟(jì)有效的方法之～是采用密碼技術(shù)，但是，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的加密算法如DES和RSA，一般是基于文本數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，它把一段有意義的數(shù)據(jù)流(稱為明文)轉(zhuǎn)換成看起來沒有意義的數(shù)據(jù)(成為密文)。由于將明文數(shù)據(jù)加密成密文數(shù)據(jù)，使得在網(wǎng)絡(luò)傳遞過程中非法攔截者無法從巾獲得信息，從而達(dá)到保密的目的。與文本信息相比，數(shù)字圖像有著數(shù)據(jù)量大、信息相關(guān)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，直接采用針對(duì)文本的加密算法來保護(hù)圖像信息并不合適．另一方面已有加密算法的抗破譯能力不強(qiáng)，出于硬件技術(shù)的速發(fā)展，使得已有的加密算法的抗破譯能力受到質(zhì)疑，如著名的DEs算法，實(shí)際密鑰只有飄比特，有報(bào)道稱[15]用專用的設(shè)備9小時(shí)內(nèi)能破解用它加密的信息。這樣目前的傳統(tǒng)加密方法如DES、3DES或RSA等就很難滿足多媒體應(yīng)用中的實(shí)時(shí)性，安全性等要求。因此，新型的多媒體應(yīng)用需要新的數(shù)據(jù)加密技術(shù)。近年來，在這方面的研究取得了一些成果，主要針對(duì)視頻數(shù)據(jù)和圖像數(shù)據(jù)。多媒體信息隱藏技術(shù)：人們往往認(rèn)為對(duì)通訊內(nèi)容加密即可保證通訊的安全，然而在實(shí)際中這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。有時(shí)我們不僅僅要使用加密技術(shù)來加密一條消息的內(nèi)容，還要力圖隱藏消息的發(fā)送者、接收者，甚至是消息本身的存在，因?yàn)檫@樣做就不會(huì)引起非法破譯者的注意?？梢宰匪莸竭b遠(yuǎn)的古代信息隱藏技術(shù)不同于傳統(tǒng)的密碼學(xué)技術(shù)，密碼技術(shù)主要研究將機(jī)密信息進(jìn)行特殊的編碼，形成不可識(shí)別的密碼形式(密文)進(jìn)行傳遞；信息隱藏不同于密碼學(xué)中對(duì)信息內(nèi)容的保護(hù)，隱秘術(shù)著眼于隱藏信息本身的存在。主要研究如何將一機(jī)密信息秘密隱藏于另一公開的信息中，然后通過公開信息的傳輸來傳遞機(jī)密信息。對(duì)加密通信而言，可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者可截取密文并對(duì)其進(jìn)行破譯，或?qū)⒚芪倪M(jìn)行破壞后再發(fā)送，從而影響機(jī)密信息的安全；但對(duì)信息隱藏而言，可能的監(jiān)測(cè)者或非法攔截者難以從公開信息中判斷機(jī)密信息是否存在或截獲機(jī)密信息，從而保證機(jī)密信息的安全。信息隱藏技術(shù)由于其具有的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，己成為當(dāng)今多媒體信息安全技術(shù)的一大重要研究熱點(diǎn)。由于圖像信息形象、生動(dòng)，因而被人類廣為利用，成為人類表達(dá)信息的重要手段之一。圖像比聲音、文字等蘊(yùn)涵更多的信息量，因而在多媒體信息中占有舉足輕重的地位，數(shù)字圖像信息安全是多媒體信息安全的重要組成部分。因此本文以數(shù)字圖像為基礎(chǔ)，研究數(shù)字圖像信息安全技術(shù)。當(dāng)然，其技術(shù)也可應(yīng)用到其它的多