一种高维数字域混沌系统的图像加密方法技术方案

一种高维数字域混沌系统的图像加密方法，依序包括以下步骤：建立m维数字域混沌系统；将m＝3，利用三维数字域混沌系统产生三个混沌序列；使用上述三个混沌序列对发送端的红绿蓝三路图像信息加密；将上述的密文值由发送端通过信道传送给接收端；接收端的信息解密。由于采用高维数字域混沌系统实现图像的加密和解密，从而解决实数域混沌系统在数字器件实现时产生的有效精度效应问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理中的信息安全技术，具体地说，涉及一种高维数字域混沌系 统的图像加密方法。 (二)
技术介绍
当今，多媒体信息处理技术应用日趋广泛，多媒体数据广泛地在因特网或云计算 节点间传播和储存。这中间，各种图像以及视频等多媒体数据的信息数据量大，而且相邻数 据之间具有很强的相关性，从而使传统的加密技术越来越显现出效率低下等技术不足，难 于满足实时性的要求。这当中，应运而生的混沌加密技术因混沌信号对初始条件表现出极 端的敏感性、无周期性等复杂特点，使其在大数据量加密的应用中越来越显现出优越性。如 今，混沌图像加密技术已广泛用于数字图像处理中。随之而来的问题是，如何确保信息的安 全性问题，而这主要又取决于所生成的混沌系统是否具有良好的统计测试特性。 中国专利技术专利申请201510197704.7提出一种基于多混沌系统的明文相关图像加 密方法，可应用于图像信息处理以及多媒体信息的加密技术的实现。该文所称方法係将明 文相关置乱技术、多混沌系统和感知器模型三者结合，通过明文图像置乱(像素置乱过程）， 以及第一像素扩散过程，二次扩散密钥生成过程，和第二次像素扩散过程，最终生成密文图 像。 本领域技术人员可以理解，对于上述技术，究其实质，依然如同当今的大部分混沌 系统一样，是基于实数域运算，属实数域混沌系统的技术实质。于是，既然所有运算(迭代） 都是在实数域上进行，则当用计算机或数字器件实现这种运算时，其中被运算字长的限制 必然会导致有限精度效应。 另外，目前的有限域混沌系统保密通信技术的研究大都基于一维系统。研究表明， 低维混沌系统的保密性是不够的，因此，采用高维数字域混沌系统，在图像加密中的应用研 究更具有现实意义。 为了解决这一问题，专利技术人最近提出过一种高维数字域混沌系统的图像加密方 法。按照该方法，使用在数字域上进行高维运算的混沌系统对图像进行加密操作。与现有的 实数域混沌系统相比，这种系统的主要特点是从本质上解决有限精度效应带来的动力学退 化问题。但从另一方面看，高维数字域混沌系统并不是简单的一维系统的组合，必须满足其 状态转换图是强连通网络图的条件。 (三)
技术实现思路
爲解决上述现有技术的不足，本专利技术提出一种高维数字域混沌系统的图像加密方 法，旨在提高数字域混沌系统在图像加密操作中的保密性和安全性。 爲实现上述本专利技术的目的，本专利技术提出的高维数字域混沌系统的图像加密方法， 依序包括以下步骤： 建立m维数字域混沌系统； 将m = 3,利用三维数字域混沌系统产生三个混沌序列； 使用上述三个混沌序列对发送端的红绿蓝三路图像信息加密； 将上述的密文值由发送端通过信道传送给接收端； 接收端的信息解密。 上述本专利技术高维数字域混沌系统的图像加密方法可以具体化爲依序包括如下步 骤： 1、采用已知m维数字域混沌系统迭代方程式中各个迭代值的N=P+Q位的二进制表示形式为然后，根据随机序列控制的迭代更新机制建立m维数字域混沌系统，并且其状态转 换图是强连通网络图，得到如下迭代方程：式中m个单边无穷随机序列的一般表达式为 其中，各个随机序列中的随机数也可表示成为二进制的形式，即 式中?…= …，ft-1，-25…，ρ)为随机数的第j位二进制数，以及在n位 有限精度表示的情况下，随机数的取值范围应满足sn，un，. . .，vne。 作为进一步的考虑，上述本专利技术高维数字域混沌系统的图像加密方法还包括对 红、绿、蓝三路图像信号混沌加密步骤，具体如下： (1)取三维8位二进制表示的数字域混沌系统迭代方程为式中s，u，v可以是任何合理的随机序列，本专利技术中的一种具体实施例采用基于不 同参数的XORshif t算法生成的三个随机序列。 (2)用上述三维数字域混沌系统迭代产生三个长度为η的数字域混沌序列： (3)发送端的信息加密运算，即对图像的红、绿、蓝三基色分别进行按位"异或"操 作，得到三路图像信号的密文值：其中Rk，Gk，Bk分别表示红绿蓝的像素值，一个像素点红绿蓝分别所占的位数为8 位； (4)自发送端将上述红、绿、蓝三路图像信号的密文值通过相应信道传送至接收 端； (5)实行接收端信息解密，即利用数字域混沌加密的逆运算，对接收到的红、绿、蓝 三路图像信号密文值进行解密操作。上述步骤(4)中，对图像中红、绿、蓝三路信号，采用加密红、绿、蓝三个像素信息传 送三个像素信息的传送方式。 相对于与对应的现有技术，采用本专利技术的高维数字域混沌系统的图像加密方法， 从本质上解决了有限精度效应带来的动力学退化问题。实现了相关系统间状态转换图是强 连通网络图的组合，克服了因过程运算字长所导致的有限精度效应。 具体而言，采用上述本专利技术的图像加密方法，相对于同类现有技术具有如下技术 效果，包括：（1)由于高维数字域混沌系统本身实行精确的数字运算，从而从根本上解决了 有限精度效应问题，在计算机和其他数字系统实现本专利技术方法能精确保留混沌的所有特 性；（2)正如上述，按照本专利技术的方法，只用一个三维混沌系统即可实现对红、绿、蓝三路图 像信息同时进行加密;从而，（3)使整个加密方法只涉及简单的逻辑运算，充分实现简单、计 算速度快、易于并行处理。 (四）【附图说明】 爲进一步说明本专利技术，以下将结合附图并通过具体实施例，详细描述上述高维数 字域混沌系统的图像加密方法，其中， 图1以示意的方式，示出高维数字域混沌系统的序列生成原理图； 图2以示意的方式，示出本专利技术一种具体实施例的三维数字域混沌系统的序列生 成原理图； 图3以示意的方式，示出发送端硬件系统的设计流程图； 图4以示意的方式，示出一种具体实施例的三维数字域混沌系统的当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高维数字域混沌系统的图像加密方法，依序包括如下步骤：采用已知m维数字域混沌系统迭代方程的一般形式为式中各个迭代值的N＝P+Q位的二进制表示形式为根据随机序列控制的迭代更新机制建立m维数字域混沌系统，并且其状态转换图是强连通网络图，得迭代方程的一般形式如下：式中m个单边无穷随机序列的一般表达式为其中，各个随机序列中的随机数表示成为二进制的形式，即式中为随机数的第j位二进制数以及在N位有限精度表示的情况下，随机数的取值范围应满足sn,un,...,vn∈[0,2P‑2‑Q]。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩雪，禹思敏，方晓乐，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44