基于MapReduce的分布式图像加密算法的设计与实现

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1、分类号：ＴＰ３１１．５单位代码：１０１８３研究生学号：２０１３５３Ｒ７４９密级：公开吉林大学硕士学位论文专此学位（）基于ＭａｐＲｅｄｕｃｅ的分布式图像加密算法的设计与实现ｌｉｍＤｅｓｎｎｄｉｍｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｅｉｇａｐｇｅｎｃｒｔｉｏｎａｌｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＭａｐＲｅｄｕｃｅｙｐｇ作者姓名：：李宁类别：工程硕士领域（方向）：软件工程指导教师：康健副教授培养单位：软件学院２０１８年６月基于ＭａｐＲｅｄｕｃｅ的分械图像加密難的设计与实现Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｌｅｍ

2、ｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｍａｇｅｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎＭａｐＲｅｄｕｃｅ作者姓名：李宁领域（方向）：软件工程指导教师：康健副教授类别：在职工程硕士答辩日期：２０１８年ｙ月日＾未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，

3、是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：射曰期：２０１８年月曰＆｜摘要彌安基于ＭａｐＲｅｄｕｃｅ的分布式图像加密算法的设计与实现随着大数据时代到来，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上图像信息的规模也迅速增加。大规模甚至超大规模图像的出现对图像加密技术提出了新的挑战。超大规模图像加密处理最大的难点是如何有效降低加密处理时间。在已有的图像

4、加密技术研究中，通常使用启发式算法或者减小算法的复杂度来达到减少加密时间开销的目的。使用启发式算法很难避免局部最优的情况，而减小算法的复杂度则会降低图像加密的安全性，对于目前所有的图像加密算法来说，在保证图像加密强度的前提下，处理大规模甚至超大规模图像数据的计算开销都是巨大的一，因此提出种针对大规模图像数据加密的算法，在保证加密算法安全性的前提下，提高加密速度进而减少加密时间开销就具有特别重要的意义，也是该领域的迫切需求。本文针对上述问题，从大规模图像加密算法的并行化考虑，在有效提高算法实时性的前提下，保证图像加密的安全性，进而设计并实现了基于ＭａｐＲｅｄｕ

5、ｃｅ并行计算框架－一ＤＩＥｓｕｔｅｄｍａｅｎｃｒｏｎｅｄｏｎ和混純系统的分布式图像加密算法ＭＣＳＣＤｉｔｒｉｂＩｇＥｙｐｔｉｂａｓＭａＲｅｄｕ．ｐｃｅａｎｄＣｈａｏｔｉｃＳｙｓｔｅｍｓ）算法。为了有效提高大规模图像加密算法的计算速度，本文借鉴ＧｏｏｇｌｅＭａｐＲｅｄｕｃｅ并行Ｒｅｄｕｃｅ－ＭＰ规模图像分处理思想，基于ＬｉｎｕｘＭＰＩ集群环境，使用ＭａｐＩ并行库，将大一部分子图像的模式割为若干计算节点分别处理，同时进行并行加密处理，极大减少了加密处理时间，保证了算法的实时性，；在满足实时性要求的基础上必须同时保证图像加密算法的安全性。为了有效地保证

6、加密算法的安全性，我们采用目前图像加密算法中最稳定的混沌系统图像加密算法－，有效增强了Ｄ正ＭＣＳ算法的敏感性。－ＭＣＳ综合本文提出的ＤＩＥ算法在安全性、实时性和敏感性等方面的实验结果，得到如下结论：Ｉ摘要■Ｄ正－ＭＣＳ算法使用ＭａＲｅｄｕｃｅ－ＭＰＩ的并行计ｐ算框架，利用分布式处理的天然优势有效加速加密算法，在１６个内核的计算集群中进行实验，数据加密的加速比可以达到１５，且随着计算内核数量的增加，加速比也随之提高，适合对实时性要求较高的应用领域。■ＤＩＥ－ＭＣＳ算法的加密部分采用了混沌系统对图像进行加密，由于混沌系统本身。可以提供较大的密钥

7、集，加密后的数据基本不可能被逆向破解同时，混沌加密算法本身所具有的遍历特性能够使密钥的分布更加随机均匀一，进步提升了Ｄ正－ＭＣＳ算法的安全性。■Ｄ－ＩＥＭＣＳ算法利用混沌系统对初始条件的高度敏感性ＮＰＣＲ和ＵＡＣＩ指数分，°别达到了９９．９３％和３３．２３／。。，能够有效抵抗差分攻击■ＤＥＥ－ＭＣＳ算法基于广泛应用的ＬｉｎｕｘＭＰＩ集群环境构建分布式加密计算，具有良好的可移植性和可扩展性，