毕业论文基于Matlab的光学图像加密解密技术.docx

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毕业论文基于Matlab的光学图像加密解密技术

本科毕业论文

题目：

基于Matlab的光学图像

加密解密技术

院（部）：

理学院

专业：

光信息科学与技术

班级：

光信122

姓名：

韩硕

学号：

20121212082

指导教师：

王惠临

完成日期：

2016年6月4日

摘要

社会在进步，时代在发展，计算机技术在飞速发展，互联网技术也在日益进步，各种迹象都表明着我们已经进入了一个信息大爆炸的时代。

人们每天通过互联网获取大量的数字图像的信息，然而在信息的传送中，未经加密的原始的数据非常容易遭受非法途径的截取并被恶意更改。

因此，互联网时代如何确保图像信息安全传送越来越受到人们的重视。

基于此，也提出了不少图形加密解密的算法。

本文基于Matlab语言的编程环境，对图像的加密和解密的技术进行了相关验证性的研究。

论文的主要工作有：

一、对Matlab编程语言环境进行了简要介绍，并对基于Matlab语言环境中，图形图像的格式及其变换处理的功能实现进行了深入分析。

二、基于Matlab语言编程，实现了随机打乱各层的行或列、像素点随机打乱、像素点RGB值缩放、灰度变换置乱等加密解密算法，并对加密算法进行了总结分析。

三、基于Maltab语言编程，实现了基于混沌的图像加密解密和基于秘密分割加密解密算法，并对其进行了总结分析。

关键词：

信息安全；加密解密；Matlab

Matlab-basedOpticalImageEncryptionandDecryptionTechnology

ABSTRACT

Socialprogress,erainthedevelopmentofcomputertechnologyintherapiddevelopmentofInternettechnologyisincreasinglyprogressive,allindicationsarethatwehaveenteredwithaninformationexplosionera.everydaygetalotofinformationondigitalimagesovertheInternet,butinthetransmissionofinformationinunencryptedrawdataisveryvulnerableinterceptionofillegalmeansandmaliciouschanges.Therefore,howtheInterneteraofinformationsecuritytoensuretheimagetransfermoreandmorepeople'sattention.Basedonthis,itmadealotofgraphicsencryptionanddecryptionalgorithms.BasedonMatlabprogrammingenvironment,technologyforencryptinganddecryptingimageswerestudiedrelatedconfirmatory.Themainworkofthisthesisare:

First,theMatlabprogramminglanguageenvironmentisbrieflyintroduced,andbasedonMatlablanguageenvironment,theformatandfunctiontransformationprocessinggraphicimagestoachievein-depthanalysis.

Second,basedonMatlablanguageprogramming,randomlayersdisruptedroworcolumnofpixelsrandomlydisrupted,pixelRGBvaluescales,andothergray-scaletransformationscramblingencryptionanddecryptionalgorithms,andencryptionalgorithmsanalyzed.

Third,basedonMaltablanguageprogramming,decryptionandencryptionanddecryptionalgorithmbasedonsegmentationsecret,anditwasanalyzedbasedonchaoticimageencryption.

KeyWords:

Informationsecurity;encryptionanddecryption;Matlab

1前言

1.1选题背景及意义

随着科学技术的不断进步，网络化的时代慢慢来临，互联网开始走入家家户户，并且开始与人们的生活密不可分。

互联网带领我们进入信息大爆炸的时代，每天生活中面对的信息越来越多，并且信息阅读的方式也随着发生变化。

图像作为一种更加形象直观的方式也越来越受到人们的重视，图像比单纯的文字更加准确和形象。

随着越来越多的图像在互联网络中传播并且逐渐成为人们获取信息的主要途径之一，对于信息安全的考虑下，就需要对发送的图片进行加密，来保护自身的利益，使信息不是那么容易被别人截获。

比如在非面对面医疗中（如网上医院，远程医疗等等），病号的病例等图形信息需要在加密后才可以在公共信道中传输；国家军事上那些军用设施的图纸，以及各种军事图像都需要在加密的基础上确保安全的情况下才能传输。

然后，图像加解密技术应运而生。

图像加解密起源初期的经典加密理论，它的作用是是遮挡图形自身本来的信息，让不法分子或不相关的人员，在收到加密后的消息后不能从中得到原本图像的信息，而接收方，就可以使用提前预定好的的密钥和解密方法，顺利地把接收到的加密后图像信息解密出来[1]-[2]。

本文使用Matlab语言编程环境对图形图像的信息打乱变换等方式进行加密。

1.2Matlab软件介绍

Matlab软件是在20世纪70年代，由美国墨西哥大学计算机科学系教授编写的，最初Matlab软件是为了学生计算方便免费给大学里的学生使用，得到了广大学生的认可。

到了1984年的时候，通过MathWorks公司，开发者继续对Matlab语言进行开发，把Matlab语言的使用推向了市场。

Matlab拥有很强大的数据处理能力，并且Matlab处理数据的效率非常高。

MathWork公司通过不断的开发和研究，不断提高Matlab在数值运算、文字处理、数据图像处理等方面的市场竞争力，最终在开发人员的不断努力下，Matlab软件终于成为在市场中使用率最高的语言软件之一[3]。

Matlab软件不同于其他的语言环境，它拥有着自己独特的特点和优势，现在Matlab语言被人们叫做第四时代的计算机编程语言。

Matlab这种语言的特点是编程效率非常高，数值计算速度比较快，用户使用起来相对方便，具有良好的交互能力，并且在图形图像处理方面占有很大的优势。

1.3Matlab语言主要的特点

Matlab语言最大的特点就是方便和快捷，这也是本文要使用Matlab实现图形图像加密解密的原因。

就和第三时代的计算机编程语言让人们脱离对着计算机硬件操作这种不方便的操作方式一样，Matlab语言让大家可以简单快捷的进行编程。

Matlab语言具有大量的函数命令可以让程序员简单的调用，直接跳过了复杂的反复编程。

Matlab这种语言主要的特点有下面几点：

（1）编程效率很高

Matlab是高级计算语言，它主要面对的是科学与工程等方面的计算，能通过使用数字形式的语言来对程序进行编写，这种编写方式和我们在纸上运算公式的思维方式更接近，运用Matlab编程就像是在草稿纸上计算式子和解答题目，所以，就简单的称Matlab语言是草稿纸上的科学算法语言[3]。

因为它很容易写，所以程序设计效率高，易于学习，易于理解。

所以人们即使没有高级语言编辑能力，也可以快速掌握Matlab使用方法，从而完成对图形图像的加密解密。

（2）使用方便

Matlab编程是一个简单快捷的编程语言，它简单、方便，编写程序函数很多，方便测试哪里出错。

M文件编译器使用起来方便快捷，省去了重复编码和编译链接的时间。

即使输入的代码存在错误，计算机上也会快速的给出出错代码的位置，方便修改。

（3）扩充能力较强，具有良好的交互性能

在比较高的版本的Matlab软件中函数命令具有很多种，我们在运算相对较复杂的计算处理的时候能够直接调用过来直接运用，而且Matlab软见是通过M文件的格式保存函数库的，所有自建函数也能当成Matlab的库函数调用。

还可以使用其他语言中编写好的命令，例如在进行图形图像的加密解密过程中，可以将源代码存在M文件编译器里面，在对不同的图像加密过程中直接在M文件编译器里面做出相应的修改就可以了。

（4）语句相对简单，但有丰富的内含

Matlab语言是由函数命令这种最简单但是也最重要的形式构成的，每个函数由函数名称、输入输出变量组成。

对于同一个函数，输入变量不同执行的命令也就不相同。

基于这些，会使Matlab库中函数命令更丰富，还可以大程度的缩小占用计算机的资源，这些让我们在运用Matlab书写的M文件的时候简单、快捷。

丰富的函数命令，在进行图形图像的加密解密过程中不存在障碍。

（5）高效方便的矩阵和数组运算

Matlab软件中可以方便的进行矩阵、数组、逻辑和算数运算，而且在进行数组间的运算的时候直接套用相应的运算符就可以。

这是其他高级语言所不能比的。

因此我们使用Matlab来计算图形图像的加密解密过程会更加的简单方便。

（6）方便快捷并且强大的绘图功能

Matlab软件具有很强大的绘图能力，可以简单快捷的制作图表和显示图像。

这也使得对图形图像的加密解密处理事半功倍。

1.4本文结构安排

文章主要由4个章节组成，主要安排和内容如下所示：

第一章，前言。

主要介绍了选题背景和意义，简要描述了Matlab语言的起源、发展和主要特点。

第二章，基于Matlab进行处理图形处理的基础。

主要介绍了在Matlab语言中图形的不同类型和在Matlab语言中使用频率较大的图形处理的编程函数命令。

第三章，图形图像的加密解密技术。

主要介绍了图形图像加密传输理论框图以及图形图像加密特点，详细介绍了置乱加密、混沌加密和秘密分割加密的原理及用Matlab实现的方法，并对其做了总结分析。

第四章，结语。

主要是对全文的总结，还介绍了对未来图形图像加密解密技术的展望。

2基于Matlab进行图形图像处理基础

2.1Matlab中图形图像的分类

在Matlab软件中中，图像是由矩阵的形式显示出来，位置信息由数据矩阵显示，颜色信息由颜色矩阵显示。

Matlab中有四种几本图像类型：

灰度图像、真彩（RGB）图像、索引色图像、二值图像。

2.1.1索引图像

只需要两个简单的矩阵就组成了索引图像，这两种不同的矩阵就是颜色矩阵映射和数据矩阵。

数据矩阵显示图像的像素位置，并且映射出相应的颜色矩阵。

颜色映射矩阵是一个三列*若干行的矩阵，其中的每一列都代表着红（R）、蓝（B）、绿（G）三种颜色值，矩阵中的值的范围在[01]之间。

2.1.2灰度图像

灰度图像在Matlab中显示为一个数据矩阵，矩阵中的值都表示这幅图像相应位置上的灰度值范围。

一