多处理器协作加密框架下二维细胞自动机图像加密技术的研究及其应用

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
61003246
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
20.0万
负责人：
周庆
依托单位：
重庆大学
学科分类：
F0206.信息安全
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
韦军；米波；胡月；文静；黄智勇；赵亮；
关键词：
安全性细胞自动机图像加密并行计算可逆性

项目摘要

军事、商业和医疗等领域对于数字图像的保密有严格而迫切的要求。图像加密技术结合图像的可视性和空间特性进行加密，以弥补传统加密技术加密图像时在安全性和效率方面的不足。然而，现有的图像加密技术难以实现并行计算，为此我们提出了多处理器协作加密框架。在该框架下，选用二维细胞自动机进行图像加密具有并行程度高、加密速度快、易于硬件实现、扩散性和随机性好等优点。.细胞自动机用于图像加密时，其包含的细胞数目通常在一百万个以上，如何解决大规模二维细胞自动机的可逆性问题、加密的安全性问题和效率问题需要从理论和实验两个方面进行研究，也是本课题的研究重点。本课题的研究内容还包括完成一个细胞自动机图像加密算法的设计与CPLD实现，并基于该算法设计一个随机数发生器。.图像加密的并行化是一项新的思路，本课题的完成可使我们在图像加密技术领域处于国际领先水平，也可满足国家安全和国民经济发展中的图像保密需求。

结项摘要

数字图像是目前最流行的多媒体形式之一，采用二维细胞自动机对图像进行加密是一种新的方法，也有利于设计并行性、扩散性和高效的图像加密算法。项目立项以来，项目组成员紧密合作，按预先制定的研究计划顺利地完成了加密模型的选取和加密模式的设计、加密模型安全性和加密效率的分析、加密算法的实现以及研究成果的应用多项任务。.经过对各种细胞自动机模型的研究，我们首先选取了几种采用细胞自动机实现的物理模型作为加密模式的原型。这些物理模型包括Ising模型，HPP模型和RE模型等，它们具有可逆性、简单性和高效性，因而非常适合用于设计图像加密算法。接下来，我们确立了二维可逆CA的设计原则。根据这些原则，我们给出了一个以HPP模型为主的加密模式。.然后，我们为加密模式建立了扩散的数学模型，并推导出其统计性能。同时，我们也分析了该模型的计算效率以及其它安全性能。另一方面，我们根据之前设计的加密模式和研究成果，设计了基于HPP模型的加密算法，通过实验和分析，证实该算法是安全和高效的。.最后，我们实现了对以上研究成果的应用，包括图像加密算法的CPLD实现，随机数产生算法在智能手机上的软件实现，以及将一个加密算法用于二维条形码的加密中。.基于我们的研究结果，共撰写和发表了11篇学术论文，其中4篇被SCI检索，2篇被EI检索；项目部分成果参与重庆市自然科学奖申请，获二等奖；申请专利3项，授权2项；完成了加密算法的硬件和软件实现；共有1名博士生和4名硕士生参与了项目的研究，其中2名研究生顺利毕业。所有的研究目标均顺利完成。