課程設計（論文）基于MATLAB的混沌序列圖像加密程序

1、設計題目：基于matlab的混沌序列圖像加密程序1. 設計目的圖像信息生動形象，它已成為人類表達信息的重要手段之一，網絡上的圖像數據很多是要求發(fā)送方和接受都要進行加密通信，信息的安全與保密顯得尤為重要，因此我想運用異或運算將數據進行隱藏，連續(xù)使用同一數據對圖像數據兩次異或運算圖像的數據不發(fā)生改變，利用這一特性對圖像信息進行加密保護。熟練使用matlab運用matlab進行編程，使用matlab語言進行數據的隱藏加密，確保數字圖像信息的安全，混沌序列具有容易生成,對初始條件和混沌參數敏感等特點，近年來在圖像加密領域得到了廣泛的應用。使用必要的算法將信息進行加解密，實現信息的保護。2. 設計內容和

2、要求 使用混沌序列圖像加密技術對圖像進行處理使加密后的圖像 使用matlab將圖像信息隱藏，實現信息加密。3. 設計思路1.基于混沌的圖像置亂加密算法本文提出的基于混沌的圖像置亂加密算法示意圖如圖1所示。加密算法如下：首先，數字圖像b大小為mn（m是圖像b的行像素數，n是圖像b的列像素數），將a的第j行連接到j-1行后面（j=2，3，a，m），形成長度為mn的序列c。其次，用logistic混沌映射產生一個長度為的混沌序列k1，k2，a，kmn，并構造等差序列d：1，2，3，a，mn-1，mn。再次，將所產生的混沌序列k1，k2，a，kmn的mn個值由小到大排序，形成有序序列k1，k2，a，k

3、mn，確定序列k1，k2，a，kmn中的每個ki在有序序列k1，k2，a，kmn中的編號，形成置換地址集合t1，t2，a，tmn，其中ti為集合1，2，a，mn中的一個；按置換地址集合t1，t2，a，tmn對序列c進行置換，將其第i個像素置換至第ti列，i=1，2，a，mn，得到c。將等差序列d做相同置換，得到d。最后，b是一個mn的矩陣，b(i ,j)=c(i-1)m+j)，其中i=1，2，a，m；j=i=1，2，a，n，則b就是加密后的圖像文件。解密算法與加密算法相似，不同之處在于第3步中，以序列c代替隨機序列k1，k2，a，kmn，即可實現圖像的解密。2.用matlab的實現基于混沌的圖

4、像置亂加密算法本文借助matlab軟件平臺，使用matlab提供的文本編輯器進行編程實現加密功能。根據前面加密的思路，把加密算法的編程分為三個主要模塊：首先，構造一個與原圖a等高等寬的矩陣b加在圖像矩陣a后面形成復合矩陣c：b=zeros(m1,n1);ifm1=n1ifm1n1fore=1:n1b=(e,e);endelsefore=1:n1endfore=1:(n1-m1)b(m1+e-1),e)=m1+e-1endendc=zeros(m1*2,n1);c=zeros(m1*2,1);c=b,a;然后，用logitic映射產生混沌序列：forn=1:n1+100x(n+1)=q*x(n)

5、*(1-x(n);endn=101:1:n1+100;y(n-100)=x(n);最后，采用冒泡法將產生的混沌序列值由小到大進行排序，并利用同樣的換序條理依次對復合矩陣的列和行進行打亂排序：forf=1:n1-1forh=f:n1ify(f)y(h)k=y(f);y(f)=y(h);y(h)=k;c1=c(:,f);c(:,f)=c(:,h);c(:,h)=c1;endforh=g:m1if y(fyh)k=y(f)y(f)=y(h)y(h)=k;d1=d(:,f);d(:,f)=d(:,h);d(:h)=d;end解密的程序與加密的相反。3.基于混沌的圖像置亂加密算法效果分析利用logist

6、ic混沌序列對圖像像素點置亂對圖像文件加密，其效果要比用logistic混沌序列直接對圖像文件加密好，令x0=03001，圖2（b）為用logistic混沌序列直接對圖像文件愛你進行加密的圖像，圖2（c）為用logistic混沌序列對圖像像素點置亂對圖像文件進行加密的圖像，圖2（d）為其的解密圖像文件。4.設計原理 運用異或運算將數據進行隱藏，連續(xù)使用同一數據對圖像數據兩次異或運算圖像的數據不發(fā)生改變，利用這一特性對圖像信息進行加密保護。用戶輸入的密碼必須在01之間任何一個數據進行加密，并且加密的程序與解密的程序輸入的密碼必須一致才能正確解密。解密密鑰加密密鑰密碼生成算法密碼生成算法混沌序號序

7、列混沌序號序列明文明文4. 源程序%該程序針對圖像近似系數和高頻系數進行加密，以達到加密的效果clear all; t0 = clock; %測試程序運行時間im=imread(tank.jpg); im1=rgb2gray(im); %圖像灰度化im1=medfilt2(im1,3 3); %圖像平滑處理figure; imshow(im1); title(灰度化處理); im1=double(im1); %小波變換，獲取圖像的低頻高頻系數ca1,ch1,cv1,cd1=dwt2(im1,bior3.7); figure(3); subplot(231); imshow(ca1,); tit

8、le(圖像近似); subplot(232); imshow(ch1); title(低頻水平分量); subplot(233); imshow(cv1); title(低頻垂直分量); subplot(234); imshow(cd1),; title(高頻分量); %以下為混沌加密算法% m,n=size(ca1); e=hundungen(m,n,0.1); tt=0.1; fca1=mod(tt*ca1+(1-tt)*e,256); subplot(235); imshow(fca1,); title(加密); im2=idwt2(ca1,ch1,cv1,cd1,bior3.7); f

9、igure(4); imshow(uint8(im2),); title(灰度圖像小波重構); im3=idwt2(fca1,ch1,cv1,cd1,bior3.7); figure(5); imshow(uint8(im3),); title(加密圖像小波重構); %以下為混沌解密算法% e=hundungen(m,n,0.1); fca1,ch1,cv1,cd1=dwt2(im3,bior3.7); fca2=(fca1-(1-tt)*e)/tt; im4=idwt2(fca2,ch1,cv1,cd1,bior3.7); figure(6); imshow(uint8(im4),); ti

10、tle(解密圖像小波重構); %置亂后圖像的均值 figure(7); subplot(221) imhist(uint8(im1); title(初始圖像的直方圖); subplot(222) imhist(uint8(fca1); title(ca1系數加密之后的直方圖); subplot(223) imhist(uint8(im3); title(加密之后的直方圖); subplot(224) imhist(uint8(im4); title(解密之后的直方圖); ssy=sum(sum(im3); %置亂后圖像的均值uy=ssy/(m*n); vy=sum(sum(im3-uy)2); ssx=sum(sum(im1); %原圖像的均值ux=ssx/(m*n); vx=sum(sum(im1-ux)2); variancey=vy/uy; %置亂后圖像的方差variancex=vx/ux; %原圖像的方差%置亂度ddd=variancey/variancex; etime(clock,t0)五.運行結果及分析總結 1.運行結果：2.結果分析：由程序的運行結果來看，原圖被加密后在顯示出來，已經無法辨別其內容，實現了圖像數據的隱藏，這種混沌序列方法對圖像數據的加密是十分有用，實現了信息的保密，在網絡傳輸中能夠很好地保護圖像數據不被第三方輕易獲取其內容