基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法技术

一种基于分段线性混沌映射（Piecewise Linear Chaotic Map，PWLCM）的多幅图像加密方法，属于信息加密领域。现存图像加密方法大多是以单幅图像为加密对象，难以适用于大批量图像加密的情形，且加密效率较低。区别于传统的图像加密方法，本发明专利技术以多幅图像为加密对象，通过将多幅图像转化为单幅大图像，加密单幅大图像，再将其转化为多幅加密图像的思想，实现对多幅图像内容的保护。核心步骤：将k幅交互图像组合成一幅大图像；利用PWLCM混沌对大图像进行加密，得到一幅加密大图像；将其分割成k幅加密图像，并用PWLCM混沌产生的混沌序列对其依次命名。实验结果表明：该方法易于实现，加密效果良好，加密效率和安全性高，可同时保护任意多幅图像内容的通信安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种图像加密方法。
技术介绍
在政治、军事、商业等诸多领域中，网络信息的安全变得日益重要。近年，网络安全 发展态势呈现：（1)计算机病毒层出不穷；（2)黑客攻击逐年攀升；（3)系统存在安全漏洞； (4)各国军方加紧信息战研究。网络泄密事件时有发生，对网络个人的通信隐私、企业的商 业机密、国家的安全稳定都造成了重大影响。因此，网络信息安全是互联网发展中急需解决 的重要问题。 在军事发现、自然灾害监控、交通监控、天气预报、电子政务和个人事务等诸多领 域中，每天都会产生大量的数字图像。同时，各种拍摄设备的不断涌现也加速了大数据时代 的到来。如一部单反相机每秒能拍摄几张照片，一个交通监控摄像头每天能拍摄数千张图 像。在大数据时代，数字图像往往会携带许多秘密信息。因此，如何保护图像内容的安全已 成为学术界和工业领域的重要挑战。 为确保图像内容的安全，人们已提出了许多单幅图像加密方法。这些方法主要包 括:基于现代密码体制的图像加密方法、基于矩阵变换的图像加密方法、基于混沌理论的图 像加密方法、基于变换域的图像加密方法和基于DNA计算的图像加密方法。在大数据时代， 尽管可以用重复执行现有单幅图像加密方法的手段来保护多幅图像内容的安全，但是加密 效率往往较低。因此，设计了一种多幅图像加密方法，在保证多幅图像内容安全的同时，可 有效地提高加密效率。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对现有多数单幅图像加密方法加密多幅图像时效率低的问题， 提出一种基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法。 本专利技术的技术方案:为实现上述专利技术目的，采用的技术方案为基于PWLCM混沌的多 幅图像加密方法，具体包括以下步骤： 步骤1:将k幅交互图像I1，I1，…，Ik组合成一幅大图像I; 步骤2:根据系统初始值和控制参数进行PWLCM混沌系统迭代运算，获得两个混沌序列X 和Y; 步骤3:利用混沌序列X，置乱大图像I，获得置乱大图像Idlf; 步骤4:利用floor()取整函数对混沌序列Y整数化，获得整数序列Y'; 步骤5:将置乱大图像Idlf分割成k幅加密图像； 步骤6:发送加密图像给接收方。 进一步地，所述步骤1中，为加密k幅mXn同样大小的交互图像，即I1，I1，…，I k，按 照一定的顺序将幅交互图像转化为一幅大图像，若1^=1^1\1?沽1和1?均为正整数，则大图像 可表示为 进一步地，所述步骤1中，随机选取XQe (ο，1)和P1 e (ο，ο. 5)分别作为PWLCM混沌系 统的初始值和控制参数，利用如下公式(2)所示的混沌系统通过迭代kXmXn次，可产生一 个混纯序列X={xi}kmn，类似地，随机选取y〇e(〇，l)和?2三（0,0.5)，可产生另外一个混沌序列￥={71}1 5。 进一步地，所述步骤1中，对对安照元素值大小进行升序排列，可得到一个新混沌序 列 X/={xi' }kmn={xtl，Xt2,…，Xtkmn}，下标 tl，t2,…，tkmn是1，2，···，kmn 的一个全排列；按照元素 位置，对大图像中的每个像素用阿拉伯数字1，2，···Λπιη进行编码，并按照此全排列对像素 进行位置置乱，得到置乱大图像I dlf。进一步地，所述步骤1中，假设计算机的精度为10-14,计算 yi'=floor(yiX 1014)，i=l，2,…，k， (3) 可得到一个整数序列γ'。进一步地，所述步骤1中，分割置乱大图像Idlf成k幅mXn同等大小的图像，即P1， P2，~，Pk视为该方法的加密图像，并用f中的元素分别作为这k幅图像的文件名。 进一步地，所述步骤1中，k幅加密图像与密钥乂()，7()印1印2不可一起发送;通过网络 给接收方发送k幅加密图像I el，I e2，···，〗密钥的发送则通过较为安全的信道单独发送。 所述解密过程为加密过程的逆过程。 有益效果:本专利技术针对现有多数单幅图像加密方法加密多幅图像时效率低问题， 难以适应批量图像加密的难点，提出一种基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法。主要贡献有 以下3点：（1)以多幅图像为加密对象，通过将多幅图像转化为单幅大图像，加密单幅大图 像，再将其转化为多幅加密图像的思想，实现对多幅图像内容的保护；（2)采用PWLCM混沌系 统对多幅图像进行批量加密，计算量小，提高了加密效率；（3)该方法依赖混沌理论，采用 PWLCM混沌系统对多幅图像进行像素位置置乱和加密图像命名，密钥敏感性强，密钥空间 大，安全性高。【附图说明】图1:基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法加密流程图； 图2:交互图像； 图3:大图像； 图4:置乱图像； 图5:加密图像。【具体实施方式】下面结合具体附图和实例对本专利技术的实施方式进行进一步详细说明。基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法加密流程图，如图1所示。 采用的编程软件为Matlab 7.0,选取图2所示的9幅512X512同等大小的灰色图像 为实验对象。采用基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法，对9幅交互图像加密的具体过程如 下： 1.为加密9幅512X512同等大小的灰色交互图像，即Ii，I2,…，19,发送方Alice按照一 定的顺序将9幅交互图像转化为一幅大图像可表示为如图3所示。 2.随机选取χ〇=0· 28153489126924和ρι=0· 44537834013456分别作为PWLCM混沌系 统的初始值和控制参数，利用公式(2)所示混沌系统通过迭代9 X 512 X 512次，可产生一个 混沌序列X={xi}9x5i2x5i2。类似地，随机选取 y〇=〇. 46567899345427 和 ρ2=〇· 1318464045214 2,可产生另外一个混纯序列YMyi^xo，y〇，pi和Ρ2视为该方法的密钥。 3.对对安照元素值大小进行升序排列，可得到一个新混沌序列Χ^χ，} 9X512X512 = {xtl，Xt2，…，Xt9X512X512}。因此，下标tl，t2，…，?9Χ512Χ512是1，2，···，9Χ512 X 512的一个全排 列。按照元素位置，对大图像中的每个像素用阿拉伯数字1，2,…，9X512X512进行编码，并 按照此全排列对像素进行位置置乱，得到置乱大图像I dlf，如图4所示。 4.利用公式(3)，可得到一个整数序列Y'。 5.分割置乱大图像Idif成9幅等512X512同等大小的图像，即PSP 2，···，〗69，对应 的文件名分别为f中的元素。这k幅图像视为该方法的加密图像，如图5所示。 6.发送9幅加密图像Iel，Γ2，···，Γ9给接收方。 上述实例中，接收方在已知密钥的情况下，进行上述加密过程的逆操作，即可实现 对加密图像的解密，从而获得9幅原始交互图像。【主权项】1. 基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法，其特征在于，具体包括以下步骤： 步骤1:将k幅交互图像I1，I1，…，Ik组合成一幅大图像I; 步骤2:根据系统初始值和控制参数进行PWLCM混沌系统迭代运算，获得两个混沌序列X 和Y; 步骤3:利用混沌序列X，置乱大图像I，获得置乱大图像Idlf; 步骤4:利用floor()取整函数对混沌序列Y整数化，获得整数序列Y'; 步骤5:将本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于PWLCM混沌的多幅图像加密方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤1：将k幅交互图像I1，I1，…，Ik组合成一幅大图像I；步骤2：根据系统初始值和控制参数进行PWLCM混沌系统迭代运算，获得两个混沌序列X和Y；步骤3：利用混沌序列X，置乱大图像I，获得置乱大图像Idif；步骤4：利用floor()取整函数对混沌序列Y整数化，获得整数序列Y＇；步骤5：将置乱大图像Idif分割成k幅加密图像；步骤6：发送加密图像给接收方。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，王雪松，程玉虎，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32