基于混合图元的多幅图像加密方法技术

一种基于混合图元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，通过将多幅图像分割为图元，对图元置乱得到混合图元，最后重组混合图元得到加密图像的思想，实现对多幅图像内容的保护。核心步骤：将k幅交互图像分割成图元集；利用混沌序列置乱图元，得到混合图元；对混合图元进行组合，得到k幅加密图像。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】

本专利技术设及一种信息加密技术，特别是设及一种图像加密方法。
技术介绍
在政治、军事和商业等诸多领域中，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)系统存在安全漏桐； (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。运些方法主要包 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、基于混浊理论的图 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。 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混合图元的多 幅图像加密方法，具体包括W下步骤： 步骤1:分害化幅交互图像li，I2,…，Ik成为小的图像块议称为图元）； 步骤2:对k个图元集的所有图元进行编码； 步骤3:根据系统初始值和控制参数进行PWLCM混浊系统迭代运算，获得两个混浊序列X 和Y; 步骤4:利用混浊序列X，置乱所有图元，得到一个混合图元集； 步骤5:利用floorO取整函数对混浊序列Y整数化，获得整数序列Y>; 步骤6:对混合图元进行重组，得到k幅加密图像，并用中的元素作为k幅加密图像的 文件名； 步骤7:发送k幅加密图像给接收方。 进一步地，所述步骤1中，为加密k幅m X n同等大小的交互图像，即11，I2，…，Ik，将k 幅交互图像都分割为mi Xni同等大小的图元，要求m能被虹整除，n能被ni整除，令r= m/mi，S= n/m，k幅交互图像可产生对应的k个图元集。[000引进一步地，所述步骤2中，用阿拉伯数字1，2,…，kXrX S依次对k个图元集的所有 共k X r X S个图元进行编码。 进一步地，所述步骤3中，随机选取XOe (0，1)和Pi e (0，0.5)分别作为PWLCM混浊系 统的初始值和控制参数，利用如下公式（1)所示的混浊系统，通过迭代kXrXs次，可产生一 个混浊序列X={xi}kXrXs，类似地，随机选取y〇e(〇，l)和化￡(〇,〇.5)，可产生另外一个混浊序列￥=^1^。 进一步地，所述步骤4中，对X按照元素值大小进行升序排列，可得到一个新混浊序 列X' = {xi' }kXrXs = {xtl，Xt2,…，Xtkrs}，下标 tl，t2,…，tkXrXs是序列1，2,…，kXr X S的一个全 排列；按照此全排列对k X r X S个图元的编码进行位置置乱，得到一个混合图元集。 进一步地，所述步骤5中，假设计算机的精度为1〇-14,计算 yi'=floo;r(yiX 1〇14)，i=l，2，...，k， (2) 可得到一个整数序列Y \ 进一步地，所述步骤6中，按照置乱后的混合图元顺序，每r X S幅混合图元重组成 一幅图像，共可重组成k幅mXn同等大小的图像，即I ei，l e2,…，I ek，视为该方法的加密图 像，并用中的元素分别作为运k幅图像的文件名。[001引进一步地，所述步骤7中，k幅加密图像与密钥XO，yo，Pi，P2不可一起发送;通过网络 给接收方发送k幅加密图像I 6i，I …，I Bk;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的问 题，难W适应批量图像加密的难点，提出一种。主要贡献 有W下3点：（I)W多幅图像为加密对象，通过将多幅图像分割为图元，对图元置乱得到混合 图元，最后重组混合图元得到加密图像的思想，实现对多幅图像内容的保护；（2) W混合图 元的方式对多幅图像进行批量加密，计算量小，提高了加密效率;（3)该方法依赖混浊理论， 采用混浊序列仅对图元进行置乱，密钥敏感性强，密钥空间大，安全性高。【附图说明】 图1:加密流程图； 图2:交互图像； 图3:图元集； 图4: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作进一步的说明。 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幅均为512 X512大小的灰色图像 作为实验对象。采用，对9幅交互图像进行加密的具体过 程如下： 1.为加密9幅512X512同等大小的交互图像，即li，I2,…，I9,发送方将运9幅交互图 像都分割32X32同等大小的图元，令r=16，s=16,则运9幅交互图像可产生对应的9个图元 集，如图3所不。 2.用阿拉伯数字1，2,…，9X 16X 16依次对9X 16X 16=2304幅图元进行编码。 3.随机选取XQ=O. 28153489126924和Pi=O. 44537834013456分别作为PWLCM混浊系 统的初始值和控制参数，利用公式（1)所示混浊系统通过迭代2304次，可产生一个混浊序列 X={xi}23〇4。类似地，随机选取 yo=0.46567899345427 和 p2=0.13184640452142，可产生另外一 个混浊序列Y={yi}9。x日，y日，pl和p2视为该方法的密钥。 4.对X按照元素值大小进行升序排列，可得到一个新混浊序列Xf = {xiM23〇4={xti， Xt2,…，Xt2304}。因此，下标tl，t2，…，t2304是1，2，…，2304的一个全排列。按照此全排列对 2304幅图元进行位置置乱，得到一个混合图元集。 5.针对混浊序列Y，利用公式(2)，可得到一个整数序列 6.按照置乱后的混合图元顺序，对每256幅混合图元重组成一幅图像，共可重组 成9幅512X512同等大小的图像，即I ei，l …J e9,视为该方法的加密图像，如图4所示。[002引 7.通过网络给接收方发送运9幅加密图像I 6i，I …，I 69;通过较安全信道给 接收方单独发送密钥XO，yo，Pi和P2。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过程，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. ，其特征在于，具体包括W下步骤： 步骤1:分害化幅交互图像II，I2，…，Ik成为小的图像块(又称为图元）； 步骤2:对k个图元集的所有图元进行编码； 步骤3:根据系统初始值和控制参数进行PWLCM混浊系统迭代运算，获得两个混浊本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于混合图元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：分割k幅交互图像I1，I2，…，Ik成为小的图像块（又称为图元）；步骤2：对k个图元集的所有图元进行编码；步骤3：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4：利用混沌序列X，置乱所有图元，得到一个混合图元集；步骤5：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6：对混合图元进行重组，得到k幅加密图像，并用Y＇中的元素作为k幅加密图像的文件名；步骤7：发送k幅加密图像给接收方。

【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