基于掺铒光纤激光器的混沌加密技术研究

论文摘要

随着现代电子信息技术及互联网技术的飞速发展,基于Internet和局域网的各种应用项目越来越深入到国家和人民的工作与生活之中,信息交换及数据存储也成为了信息网络中最重要的组成部分。如何保证信息安全已成为业界关注的焦点,对加密技术的研究也变得越来越重要。传统的加密方式已经逐步被不断发展的密码分析技术成功破解或加/解密速度已经缓慢得无法适用于高速发展的网络传输速度。混沌系统以其对系统初值及参数的高度敏感性、遍历性、轨道不可预知性等优良的伪随机特性,已经成为一种引起国内外学者浓厚兴趣和广泛研究的应用于信息加密的前沿课题。本文首先介绍了信息安全和现代密码学的主要技术和方法,由此提出了对当前加密技术的新要求,通过对混沌理论及光学混沌的简要介绍,说明了混沌理论及技术在信息加密领域的优势和研究前景。然后在分析环形掺铒光纤激光器系统的动力学特性基础上,利用带光延迟反馈回路的单环掺铒光纤激光器（ODF-EDFL）系统作为混沌序列发生器来生成两个实值混沌序列,引入变化率的概念将其分别转化为二值混沌序列,再通过添加m序列扰动的方式对二值混沌序列进行混合优化,并通过统计特性分析和序列检验证明了此混合二值混沌序列优良的随机特性和应用于加密算法设计的可行性。接下来以此混合二值混沌序列为基础加密序列,通过对当前数字图像加密技术和数字水印技术的分析研究,设计了一系列新的数字图像加密算法和彩色图像水印算法,并通过仿真实验和安全性分析及抗攻击能力测试验证了算法的有效性和安全性。最后结合当前的数据库加密技术探讨了混沌加密思想在海关数据库加密中的应用前景,设计了利用ODF-EDFL混沌系统来改进分组加密算法中的AES加密算法和公开密钥中的RSA算法的方法,并通过仿真实验证明了此方法的有效性。本文的研究将掺铒光纤激光器混沌系统引入混沌加密领域,提出并验证了一些新的加密算法,为光学混沌加密的进一步研究做出了一定的理论拓展和应用探索。

论文目录

• 提要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 混沌理论概述
• 1.2.1 混沌的发展历程
• 1.2.2 混沌的概念及特性
• 1.2.3 混沌的判据和分析方法
• 1.3 混沌与信息安全
• 1.3.1 密码学的基本概念
• 1.3.2 混沌与密码学的关系
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第2章 单环掺铒光纤激光器的混沌特性及混沌序列分析
• 2.1 光学系统混沌的研究进展
• 2.2 单环掺铒光纤激光器及其动力学特性分析
• 2.2.1 掺铒光纤激光器简介
• 2.2.2 掺铒光纤激光器产生混沌的理论和方法
• 2.2.3 附加延迟反馈回路产生混沌及动力学特性分析
• 2.3 单环掺铒光纤激光器混沌伪随机序列
• 2.3.1 伪随机序列概述
• 2.3.2 掺铒光纤激光器混沌伪随机序列的产生及优化改进
• 2.3.3 掺铒光纤激光器混合混沌伪随机序列分析及检验
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于混沌的数字图像加密
• 3.1 数字图像加密及其研究现状
• 3.2 数字图像加密算法
• 3.2.1 图像像素空间置乱加密算法
• 3.2.2 图像像素灰度值替代算法
• 3.3 基于掺铒光纤激光器混沌系统的数字图像加密算法
• 3.3.1 灰度值替代
• 3.3.2 扫雷置乱
• 3.3.3 实验结果及安全性分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于混沌的彩色图像水印技术研究
• 4.1 数字水印技术简介
• 4.1.1 数字水印研究背景及意义
• 4.1.2 数字水印技术的特点及分类
• 4.2 小波变换及其在水印技术中的应用
• 4.2.1 小波变换的定义及种类
• 4.2.2 离散小波变换在数字图像水印研究中的应用
• 4.3 混沌在数字水印中的应用
• 4.4 基于掺铒光纤激光器混沌系统的彩色图像小波水印算法
• 4.4.1 数字图像的彩色模型及绿色分量的选择
• 4.4.2 水印的混沌加密调制
• 4.4.3 水印的嵌入和提取
• 4.4.4 仿真实验结果及性能评测
• 4.5 本章小结
• 第5章 混沌技术在海关数据库加密中的应用探讨
• 5.1 海关数据库加密的必要性及意义
• 5.2 当前数据库加密技术分析
• 5.2.1 数据库安全要求及加密目标
• 5.2.2 数据库加密方式的选择
• 5.3 掺铒光纤激光器混沌系统在海关数据库加密中的应用探讨
• 5.3.1 掺铒光纤激光器混沌序列在分组密码算法中的应用
• 5.3.2 混沌加密在公开密钥算法中的应用
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 存在的不足及进一步工作展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 中文摘要
• Abstract