【技术实现步骤摘要】
一种基于3D正交拉丁方和混沌系统的图像加密方法
本专利技术涉及图像加密
，尤其涉及一种基于3D正交拉丁方和混沌系统的图像加密方法。
技术介绍
随着互联网技术以及通信技术的高速发展，越来越多的数字图像应用于不同领域，如灾害检测、军事侦察、远程医疗等。数字图像具有直观、形象、逼真的特点，在生活中，已经成为我们信息交流的主要媒介之一。但是数字图像常常涉及个人隐私或敏感信息，在公共网络传输和存储过程中，存在被黑客截获、篡改或交易泄漏等不安全问题。因此，图像传输的安全性已成为学术研究及其实际应用中的热点问题，而图像加密是一种保护图像信息安全的最有效技术。数字图像私密性较强，具有高冗余、高数据量和强相邻像素相关性等特点。而传统的图像加密方案，如DES、AES和RSA是针对文本信息加密设计的，不适合对图像加密。混沌系统对初始条件和控制参数高度敏感，具有遍历性、伪随机性和拓扑传递性等特点，因此被广泛应用于图像加密方案设计中。2008年，HP实验室证实了忆阻器件的存在。通过忆阻器件设计的电路具有更加复杂的动力学和初始条件敏感特性，把忆阻混沌系统与密码学相结合，可以设计出高安全...
【技术保护点】
1.一种基于3D正交拉丁方和混沌系统的图像加密方法，其特征在于，包括：步骤1：对明文图像P进行预处理，得到预处理后图像P2；其中，所述预处理包括：利用4D忆阻混沌系统根据明文图像P的信息熵生成随机数序列，将所述随机数序列嵌入到明文图像P中得到嵌入后图像P1，并对所述嵌入后图像P1进行字母异或操作；步骤2：根据索引序列和控制参数生成3D正交拉丁方；步骤3：将所述预处理后图像P2转化为3D位矩阵，利用所述3D正交拉丁方对所述3D位矩阵进行置乱操作和扩散操作，得到与所述明文图像P对应的密文图像，其中，所述位矩阵是指元素取值为0或1的矩阵。
【技术特征摘要】
1.一种基于3D正交拉丁方和混沌系统的图像加密方法，其特征在于，包括：步骤1：对明文图像P进行预处理，得到预处理后图像P2；其中，所述预处理包括：利用4D忆阻混沌系统根据明文图像P的信息熵生成随机数序列，将所述随机数序列嵌入到明文图像P中得到嵌入后图像P1，并对所述嵌入后图像P1进行字母异或操作；步骤2：根据索引序列和控制参数生成3D正交拉丁方；步骤3：将所述预处理后图像P2转化为3D位矩阵，利用所述3D正交拉丁方对所述3D位矩阵进行置乱操作和扩散操作，得到与所述明文图像P对应的密文图像，其中，所述位矩阵是指元素取值为0或1的矩阵。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中的利用4D忆阻混沌系统根据明文图像P的信息熵生成随机数序列包括：步骤1.1：根据明文图像P的信息熵s和预设密钥参数x`0、y`0、z`0、w`0按照式(1)计算4D忆阻混沌系统的初始值x0、y0、z0、w0：其中，x`0、y`0、z`0、w`0∈(0,+∞)，所述明文图像P的大小为M×N；步骤1.2：将所述初始值x0、y0、z0、w0带入所述4D忆阻混沌系统迭代N0+n次，并舍弃前N0个值，得到大小均为1×MN的四个混沌序列X、Y、Z、W；其中，按照式(2)计算N0：步骤1.3：根据所述混沌序列X、Y按照式(3)得到[0，255]之间的随机数序列X_1、Y_1：其中，xi、yi、x_1i、y_1i分别表示序列X、Y、X_1、Y_1中的第i个元素；i＝1,2,…,MN。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1中的将所述随机数序列嵌入到明文图像P中得到嵌入后图像P1，并对所述嵌入后图像P1进行字母异或操作包括：步骤1.4：从随机数序列X_1中选取M-1个长度为N的元素构成序列Q，从随机数序列Y_1中以f1为间隔选取长度为2×(2M-1)的元素构成序列R，从Y_1中以f2为间隔选取长度为2×(N+2)的元素构成序列O，将序列Q、R、O嵌入到明文图像P中，得到嵌入后图像P1，所述嵌入后图像P1的大小为((2M+1)×(N+2))，f1≠f2,f1,f2<(1/4)min(M,N)且f1,f2均为正整数；步骤1.5：在所述嵌入后图像P1中任意选取6个大小均为3×3的子图像，根据6个所述子图像按照式(4)构建6种字母异或方法，所述6种字母分别为大写英文字母L、I、T、X、Y和Z：其中，L(i,j)、I(i,j)、T(i,j)、X(i,j)、Y(i,j)和Z(i,j)表示图像P1(i,j)对应位置元素值；i＝2,4,6,…,2M，j＝2,3,4,…,N；步骤1.6：选定所述嵌入后图像P1的第一列元素记为W＝P1(:,1)；按照式(5)生成[1，6]之间的随机数序列w：wi＝mod(W(i)×113,6)+1i＝2,4,...,2M(5)步骤1.7：根据随机数wi选取相应的字母异或方法对所述嵌入后图像P1的第i行进行异或操作，在所述嵌入后图像P1的所有元素都被异或操作后，将嵌入的所述序列Q、R、O全部去掉，得到预处理后图像P2，所述预处理后图像P2的大小为M×N。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1.7中的根据随机数wi选取相应的字母异或方法对所述嵌入后图像P1的第i行进行异或操作包括：若wi＝1，则表示嵌入后图像P1的第i行选择字母L异或方法；若wi＝2，则表示嵌入后图像P1的第i行选择字母I异或方法；若wi＝3，则表示嵌入后图像P1的第i行选择字母T异或方法；若wi＝4，则表示嵌入后图像P1的第i行选择字母X异或方法；若wi＝5，则表示嵌入后图像P1的第i行选择字母Y异或方法；若wi＝6，则表示嵌入后图像P1的第i行选择字母Z异或方法。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2包括：步骤2.1：将所述预处理后图像P2的元素按位展开，得到尺寸为...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘志华，柴秀丽，张继通，贾培艳，袁科，张苗辉，支相丞，毕建强，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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