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1、重庆大学硕士学位论文元胞自动机在图像并行加密中的应用研究姓名：蒋勇申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：邓绍江2010-05重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要随着计算机网络技术的不断发展，这些技术在给日常生活带来方便的同时，其安全方面的隐患也日益暴露。在保障信息安全的众多技术中，密码技术无疑扮演着举足轻重的角色。图像数据具有编码结构特殊、数据量大、实时性要求高等特点。传统的经典数据加密算法，例如DES、RSA等直接用于图像数据加密，很难满足其实时性要求，而且会改变数据格式；采用混沌系统加密计算复杂度较高，系统的性能又无法得到保障。元胞自
2、动机以其特有的结构的简单性、内在的并行性以及复杂计算的能力成为密码学中研究的热点方向之一，并且展现出非常好的发展前景。近年来，计算机处理器物理制作工艺和技术不断的提升，计算机越来越向着多核、多处理器的方向发展。目前，多核计算机也非常地普及，并行计算的时代已经到来。本文对元胞自动机和并行计算进行了系统的研究，探索出了一种用于快速图像加密的新方法。本文主要工作如下：①简要介绍元胞自动机理论，研究并分析了可逆元胞自动机和触发元胞自动机的并行加密模型。②在分析了可逆元胞自动机的基础上，提出了基于构造可逆元胞自动机并行加密算法，并采用耦合的思想对其进行改
3、进。在保证并行高效计算的同时，大大地提高了密钥空间，使它能满足分组加密的安全要求。③提出了基二维触发元胞自动机并行加密算法，并通过CBC的加密模式对该算法进行了改进以更好地用于加密图像。和一维元胞自动机相比，采用二维元胞自动机的加密算法拥有更大的密钥空间，系统安全性大大增强。同时，该算法在不增大计算量的情况下，能够使得加密后的结果扩散到整个图像中。④通过微软.NETFramework3.5并行计算的扩展库的TPL实现了基于CBC模式的二维触发元胞自动机并行加密算法。在多核计算机上用于图像加密，并对加密结果做出了详细分析。从仿真实验结果表明该算法
4、有非常好的置乱和扩散效果，可以对抗穷举攻击以及己知明文密文对攻击，同时具有更高的性能，在实际应用中有非常好的效果。关键词：可逆元胞自动机，触发元胞自动机，并行计算，图像加密I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTWiththeirdevelopment,computerandnetworktechniquesbringgreatconveniencetopeople’slife,whileatthesametimetheirsecurityriskshavebeingincreasinglyexposed.Amongthemassinfo
5、rmationsecuritytechnology,cryptographydoesundoubtedlyplayanimportantrole.Imagedataischaracterizedbyitsspecialcodingstructure,largedatavolumeandhigherreal-timedemands.However,thetraditionalclassicaldataencryptionalgorithms,suchasDES,RSA,arehardtomeetitsreal-timedemands,andals
6、owillchangethedataformat;whilechaoticsystemsrequireahighercomputationalcomplexityandthesystemperformancecannotbeguaranteed.Cellularautomata,owningtotheirstructuralsimplicity,inherentparallelismandcomplexcomputations,havebecomeahotspotincryptographyresearch,revealingabrightpr
7、ospectforthedevelopment.Recently,withtheconstantadvancementinCPU(computerprocessor)manufactureandtechnology,computersaredevelopingtowardsmulti-coreandmulti-processor.Atpresent,multi-corecomputerhasbeenverypopular,markinganeweraofparallelcomputing.Basedonitssystematicstudieso
8、fcellularautomataandparallelcomputing,thispaperproposesanovelalgorithmtoenc
