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基于LCT和Logistic混沌的光学图像加密方法技术

技术编号:15194452 阅读:277 留言:0更新日期:2017-04-20 16:24
本发明专利技术涉及图像信息安全和光信息处理,为实现有效抵抗已知明文攻击和选择明文攻击,且使得密钥管理和传输变得更为方便,安全性得到进一步的保证,具有良好的抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击能力。本发明专利技术,基于LCT和Logistic混沌的光学图像加密方法,步骤如下:1)二维Logistic混沌的构造:二维Logistic混沌系统是一维Logistic混沌系统的二维拓展;2)混沌密钥的生成:起主密钥作用的两块随机相位掩模分别由不同混沌参数控制的二维Logistic混沌系统生成;3)基于线性正则变换LCT的图像加密和解密:得到解密图像。本发明专利技术主要应用于图像信息安全和光信息处理场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像信息安全和光信息处理
,尤其涉及一种基于线性正则变换(LCT)和二维Logistic混沌的光学图像加密方法。
技术介绍
数字图像作为当前最流行的多媒体形式之一,在政治、经济、军事、教育等领域有着广泛的应用。在互联网技术高度发达的今天,如何保护数字图像免遭篡改、非法复制和传播具有重要的实际意义。对图像加密技术的研究已成为当前信息安全领域的热点之一。光学信息处理技术以其高处理速度、高并行度、能快速实现卷积和相关运算等优点,在图像加密研究领域引起了人们的极大兴趣(见文献[1])。在光学图像加密技术中,最具有代表性的是Javidi等提出的双随机相位编码技术(见文献[2])。该技术开辟了光学图像加密研究的新领域,基于该技术诞生了一大批光学加密新方法和新技术(见综述文献[3])。此外,作为一种广义的傅里叶变换、分数傅里叶变换、菲涅耳变换等,线性正则变换(LCT)也可用于光学图像加密中(见文献[4])。然而,在基于双随机相位编码的光学图像加密方法中,大都存在如下问题:1)密钥为图像尺寸的随机相位掩膜,因此,密钥管理和传输不便(见文献[5]);2)由于随机相位掩膜不便更新,因此,加密系统易受选择明文攻击和已知明文攻击(见文献[6]和[7])。参考文献:[1]O.Matoba,T.Nomura,E.Perez-Cabre,M.Millan,andB.Javidi,Opticaltechniquesforinformationsecurity,ProceedingsofIEEE2009,97:1128-1148[2]P.RéfrégierandB.Javidi,OpticalimageencryptionbasedoninputplaneandFourierplanerandomencoding,Opt.Lett.,1995,20:767-769[3]S.Liu,C.Guo,andJ.T.Sheridan,Areviewofopticalimageencryptiontechniques,Optics&LaserTechnology,2014,57:327-342[4]A.Sahin,H.Ozaktas,D.Mendlovic,OpticalimplementationsoftwodimensionalfractionalFouriertransformsandlinearcanonicaltransformswitharbitraryparameters.AppliedOptics,1998,37:2130-41[5]S.Yuan,Y.Xin,M.Liu,S.Yao,andX.Sun,Animprovedmethodtoenhancethesecurityofdoublerandom-phaseencodingintheFresneldomain,Optics&LaserTechnology,2012,44:51-56[6]X.Peng,H.Wei,andP.Zhang,Chosen-plaintextattackonlenslessdouble-randomphaseencodingintheFresneldomain,Opt.Lett.,2006,31:3261-3263[7]U.Gopinathan,D.S.Monaghan,T.J.Naughton,andJ.T.Sheridan,Aknown-plaintextheuristicattackontheFourierplaneencryptionalgorithm.Opt.Express,2006,14:3181-3186。
技术实现思路
为克服现有技术的不足,本专利技术旨在提出图像加密方法,实现有效抵抗已知明文攻击和选择明文攻击,且使得密钥管理和传输变得更为方便,安全性得到进一步的保证,具有良好的抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击能力。本专利技术采用的技术方案是,基于LCT和Logistic混沌的光学图像加密方法,步骤如下:1)二维Logistic混沌的构造:二维Logistic混沌系统是一维Logistic混沌系统的二维拓展;2)混沌密钥的生成:起主密钥作用的两块随机相位掩模分别由不同混沌参数控制的二维Logistic混沌系统生成,混沌系统的初值和控制参数作为主密钥;此外,线性正则变换(LCT)系统的几何参数作为加解密过程中的辅助密钥;3)基于线性正则变换LCT的图像加密和解密:(1)在加密过程中,待加密的图像首先被第一块混沌随机相位掩模调制,然后进行第一次线性正则变换(LCT1),变换后的图像再被第二块混沌随机相位掩模调制,然后进行第二次线性正则变换(LCT2);(2)在解密过程中,加密后的图像首先进行第二次线性正则变换的逆变换(ILCT2),然后被第二块混沌随机相位掩模的复共轭调制,经调制后的图像再进行第一次线性正则变换的逆变换(ILCT1),最后再被第一块混沌随机相位掩模的复共轭调制。本专利技术一个实例具体步骤是:(1)二维Logistic混沌的构造:一维Logistic混沌系统的离散形式的数学表达式为:xn+1=μxn(1-xn)(1)当控制参数μ∈(3.56,4]时,Logistic系统处于混沌状态;xn为混沌系统的初始值,xn+1为混沌系统的迭代输出值;将一维Logistic混沌系统拓展为二维形式,其离散形式的数学表达式为:当控制参数μ=4,α=0.89,β=0.89,γ=0.1时,二维Logistic系统处于混沌状态;xn,yn分别为二维Logistic混沌系统的初值;xn+1和yn+1分别为混沌系统的输出值;(2)混沌密钥的生成:加密方法中两块混沌随机相位掩模起主密钥作用,线性正则变换(LCT)系统的几何参数起辅助密钥作用。下面就如何使用二维Logistic混沌系统生成这两块混沌随机相位掩膜进行详细介绍。假设要加密的图像的尺寸为M×N个像素,则两块混沌随机相位掩膜的尺寸也是M×N个像素,对于由两组不同混沌参数控制的二维Logistic混沌系统,使其迭代(M×N)/2次后,得到两组随机数序列X1={x′1,x′2,…,x′(M×N)/2本文档来自技高网
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基于LCT和Logistic混沌的光学图像加密方法

【技术保护点】
一种基于LCT和Logistic混沌的光学图像加密方法,其特征是,步骤如下:1)二维Logistic混沌的构造:二维Logistic混沌系统是一维Logistic混沌系统的二维拓展;2)混沌密钥的生成:起主密钥作用的两块随机相位掩模分别由不同混沌参数控制的二维Logistic混沌系统生成,混沌系统的初值和控制参数作为主密钥;此外,线性正则变换(LCT)系统的几何参数作为加解密过程中的辅助密钥;3)基于线性正则变换LCT的图像加密和解密:(1)在加密过程中,待加密的图像首先被第一块混沌随机相位掩模调制,然后进行第一次线性正则变换(LCT1),变换后的图像再被第二块混沌随机相位掩模调制,然后进行第二次线性正则变换(LCT2);(2)在解密过程中,加密后的图像首先进行第二次线性正则变换的逆变换(ILCT2),然后被第二块混沌随机相位掩模的复共轭调制,经调制后的图像再进行第一次线性正则变换的逆变换(ILCT1),最后再被第一块混沌随机相位掩模的复共轭调制。

【技术特征摘要】
1.一种基于LCT和Logistic混沌的光学图像加密方法,其特征是,步骤如下:1)二维Logistic混沌的构造:二维Logistic混沌系统是一维Logistic混沌系统的二维拓展;2)混沌密钥的生成:起主密钥作用的两块随机相位掩模分别由不同混沌参数控制的二维Logistic混沌系统生成,混沌系统的初值和控制参数作为主密钥;此外,线性正则变换(LCT)系统的几何参数作为加解密过程中的辅助密钥;3)基于线性正则变换LCT的图像加密和解密:(1)在加密过程中,待加密的图像首先被第一块混沌随机相位掩模调制,然后进行第一次线性正则变换(LCT1),变换后的图像再被第二块混沌随机相位掩模调制,然后进行第二次线性正则变换(LCT2);(2)在解密过程中,加密后的图像首先进行第二次线性正则变换的逆变换(ILCT2),然后被第二块混沌随机相位掩模的复共轭调制,经调制后的图像再进行第一次线性正则变换的逆变换(ILCT1),最后再被第一块混沌随机相位掩模的复共轭调制。2.如权利要求1所述的基于LCT和Logistic混沌的光学图像加密方法,其特征是,一个实例具体步骤是:(1)二维Logistic混沌的构造:一维Logistic混沌系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员:唐晨苏永钢李碧原谷帆程佳佳
申请(专利权)人:天津大学
类型:发明
国别省市:天津;12

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