混沌在图像保密通讯中的应用 | 集智课堂·周五直播

导语

20 世纪 70 年代末李天岩和 James Yorke 在数学分析中正式引入“混沌”这个科学术语。经过学术界中好几代人近 50 年的共同努力，混沌早已不再是一个陌生的概念，其科学体系日趋完善，在数学、物理、计算机科学、生命科学、社会科学、工程技术、商业和通讯等领域中得到了广泛的应用。为了向跨学科学习者普及混沌科学的理论知识，集智学园特别邀请陈关荣、王雄、李春彪、张旭、马军、刘坚、王青云、叶国栋、禹思敏9位从事混沌及相关跨学科研究的资深学者担任导师，开设了「混沌科学系列课程」。

2月10日（本周五）晚19:00-21:30，将由广东海洋大学博士生导师、研究生院副院长叶国栋教授开启混沌科学第八课，主要介绍混沌系统（映射）的简要发展和几种常见混沌模型，描述混沌系统（映射）在图像加密中的应用。特别地，将主要回顾基于混沌加密研究的发展情况，并介绍两类主要的图像隐私保护方案：（1）直接图像加密方法；（2）可逆图像隐藏方法。

课程背景

随着计算机技术和多媒体技术的快速发展，全球一体化的步伐越来越快，数字化信息以不同的形式出现在网络中，此类信息通过互联网传输和存储在云端，从而使得信息的交流非常方便。信息在网络上的表现形式也呈现出多样化，其中包括文本信息、图像信息、音频信息和视频信息等。与此同时，物联网（IoT）技术的发展，极大地促进网络传输图片、视频、声音等爆炸式增长，而不是仅限于纯文字信息。

图像作为一种重要的多媒体资源，在视觉表现能力方面有较强的优势，所以，在人们的日常生活中对图像的使用十分广泛。因此，数字图像也就逐渐演变成数字信息体系和现代通信领域内最为普遍且关键的信息载体，例如：医学医疗图像、人脸识别图像、遥感卫星图像、电子商务图像、以及指纹识别图像等。

然而，随着图像在各个领域的深入应用，相应的安全问题也随之而来。因为一些图像信息可能涉及到个人的隐私，还可能会涉及到国家的政治、军事和文化等敏感信息。所以，保证图像信息的安全性和保密性就显得十分重要且迫切，从而成为越来越多专家和学者研究的热点。

目前，关于图像信息的保护方法主要有加密和隐藏两种方式，图像加密是设计算法将有意义的明文图像转变成类噪声或者类纹理形式的密文图像，以有效的保护秘密图像中包含的敏感信息。非法的授权者无法从密文图像的表现上直接读取任何有用的信息，从而达到一定的保护作用。图像隐藏则是将秘密图像嵌入一幅载体图像中，最终形成视觉有意义的含密载体图像，并与原始载体图像没有明显的区别，不改变原始载体图像的语义表达。在众人看来，这就是一幅普通的图像，与秘密图像完全无关。因此，达到对秘密图像信息的保护作用。

近代以来，随着科学技术的发展，一些具有潜在密码应用价值的技术也逐渐得到了密码学家的重视，如混沌密码、量子密码、DNA 密码、格密码等。其中，由于混沌系统的独特性质，基于混沌的图像加密已成为一个研究热点，受到广泛关注和研究。

课程简介

本课程主要介绍混沌系统（映射）的简要发展和几种常见混沌模型，描述混沌系统（映射）在图像加密中的应用。特别地，将主要回顾基于混沌加密研究的发展情况，并介绍两类主要的图像隐私保护方案：（1）直接图像加密方法；（2）可逆图像隐藏方法。

课程大纲

图像加密

背景知识
预备知识
加密流程
实验与分析
总结与展望

图像隐藏

背景
预备知识
视觉有意义图像加密算法
实验与分析
结论

关键词：对称密码、非对称密码、密钥流、三维混沌系统、RSA算法、SHA-3算法、压缩感知、密钥空间、加密流程、直方图分析、密钥敏感性、明文敏感性、相关系数分析、信息熵分析、椒盐噪声攻击、已知明文分析、重构质量分析、时间开销、MSE和PSNR分析、裁剪攻击、载体图像小波变化分析

课程主讲人

叶国栋，广东海洋大学教授、博士生导师、研究生院副院长，入选全球前2%顶尖科学家（终身科学影响力、年度科学影响力），获得香港城市大学得博士学位、浙江大学博士后，广东海洋大学“南海学者计划”杰出学者人才、中国计算机学会会员、中国密码学会会员、中国人工智能学会会员、中国中文信息学会大数据安全与隐私计算专委会委员、中国图象图形学会数字媒体取证与安全专业委会委员、广东省高性能计算学会理事。目前，发表学术论文50多篇，包含国内高水平期刊《中国科学-信息科学（英文版）》、《数字通讯与网络（英文版）》、《中国物理B（英文版）》、《计算机科学前沿（英文版）》、以及国外高水平期刊《Signal Processing》、《Expert Systems With Applications》、《Nonlinear Dynamics》、《IEEE Multimedia》等。

2月10日直播信息

直播时间安排：

2月10日（周五） 19:00-21:30

19:00-21:00 叶国栋：混沌在图像保密通讯中的应用

21:00-21:30 课程答疑环节

直播方式：

集智俱乐部 B 站免费直播
集智俱乐部视频号免费直播，可提前预约

付费学员在腾讯会议上课，可提问交流

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开播前1小时可获得直播地址并在课程上线后获取通知

混沌科学系列科普课程报名中

21世纪是复杂性的世纪，理解混沌是探索复杂性的关键环节。在科学、工程中，混沌与非线性方法已经成为研究动态系统的主要手段，加深了对气候、生态、大脑、流行病等诸多复杂系统问题的理解，并在湍流、加密、数据分析以及生命科学中有广泛应用。在社会、商业领域，混沌理论在通讯、交通、金融市场、疾病与信息传播等问题中亦有诸多启发和应用。随着混沌现象的进一步系统研究和广泛应用，它正在从一套理论发展为一门科学。

为了向跨学科学习者普及混沌科学的理论本质，从而能将混沌科学应用到自己的研究、探索中，帮助大家分析、理解、认知其中的复杂性，集智学园特别策划混沌科学系列课程，导师团队由著名混沌理论学者、香港城市大学讲席教授、欧洲科学院院士陈关荣领衔，联合王雄、李春彪、张旭、马军、刘坚、王青云、叶国栋、禹思敏等国内的混沌理论研究专家及相关跨学科研究的资深学者，开出了 “混沌科学”系列科普课程。欢迎你的加入。

课程面向对象

本课程面向数学、力学、机械、电子、信息安全和脑科学等专业的大学生、研究生、博士生以及相关的从业者，希望了解混沌理论、并进行跨学科应用的同学。

报名（长期有效）：