图像加密方法、装置、电子设备及可读存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种图像加密方法、装置、电子设备和可读存储介质。采用精度受限模式下并联混合混沌系统得到预设长度的第一伪随机序列和第二伪随机序列，再对预设长度的第一伪随机序列进行处理，得到第一置换矩阵和第一扩散矩阵，按照第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像，再按照第一扩散矩阵，对置换后的第一图像进行行扩散和列扩散，得到中间结果图像，并通过相同的方法，对中间结果图像进行第二轮的置换和扩散，得到加密后的图像。通过本发明专利技术的方法增加了密钥空间，提高了运算速度，具有更更高的安全性，且能够降低置换和扩散时的计算量。

Image encryption method, device, electronic equipment and readable storage medium

【技术实现步骤摘要】
图像加密方法、装置、电子设备及可读存储介质
本专利技术涉及图像加密
，尤其涉及一种图像加密方法、装置、电子设备及可读存储介质。
技术介绍
随着多媒体服务的飞速发展，越来越多的视频、图片在网络中生成。相比文本，图片和视频包含更丰富的信息，更容易产生隐私泄露的问题。因此，近年来对图片加密的研究越来越多。图像相邻像素点之间具有强相关性，因此传统的加密算法如RSA、DES以及AES不适合用于图像加密。近年来，越来越多基于混沌理论的图像加密算法被提出。混沌系统有许多适宜于图像加密的特性，比如初值敏感性、不可预测性和遍历性。置换-扩散网络(Permutation–DiffusionNetwork,PDN)被广泛的应用在基于混沌映射的图像加密算法中。模型分为两个阶段，置换和扩散。置换阶段主要目的是使明文和密文之间的统计关系变得复杂多变。因此，使用复杂的非线性变化可以得到良好的混淆效果。经过扩散，单个密钥或者明文的变化会影响多位的密文。即：当待加密图片发生轻微变化时，使用同一密钥加密这两张图片将得到明显差异的密文。为增强加密算法的安全性，图像加密过程中的置换和扩散过程都有伪随机数的参与。因此，伪随机数生成器的性能是加密算法安全性的重要保障。目前主要有两种基于混沌映射的方案来构建性能良好的伪随机数生成器：(1)混合混沌映射由于一维的混沌映射系统存在密钥空间小的缺陷，因此基于混合混沌映射的系统采用多种混沌映射级联的方式来扩展其密钥空间。(2)多维混沌映射。多维混沌映射有大密钥空间和高动态性的特点，但同时也会带来了难以承受的计算量。更重要的是，这两种方案在实际应用过程中可能会遇见很大的问题。实际应用中的混沌函数的精度不是无限的，精度受限会带来两个重要的问题：1、混沌系统生成的伪随机序列质量下降的问题；2、限制混沌系统密钥空间。虽然当精度足够高时，可以解决这两个问题，但往往以牺牲速度为代价。且在相关的图像加密技术中，当图像较大时，置换和扩散的计算量都较大。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种基于精度受限模式下并联混合混沌系统的图像加密方法，旨在提高伪随机序列的质量、加快图像加密的速度。为了解决上述技术问题，本专利技术是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于精度受限模式下并联混合混沌系统的图像加密方法，所述精度受限模式下并联混合混沌系统包括：相互并联的受限精度为32bit的PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统；所述方法包括：对外部输入的156比特的第一密钥进行按位截取，得到所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第一参数和第一初始值；根据所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第一参数和第一初始值，经过n轮迭代后得到预设长度的第一伪随机序列；对所述预设长度的第一伪随机序列进行处理，得到第一置换矩阵和第一扩散矩阵；按照所述第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像；按照所述第一扩散矩阵，对所述置换后的第一图像进行行扩散和列扩散，得到中间结果图像；对外部输入的156比特的第二密钥进行按位截取，得到所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第二参数和第二初始值；根据所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第二参数和第二初始值，经过n轮迭代后得到所述预设长度的第二伪随机序列；对所述所述预设长度的第二伪随机序列进行处理，得到第二置换矩阵和第二扩散矩阵；按照所述第二置换矩阵，将所述中间结果图像以4个像素点为一个单元进行置换，得到置换后的第二图像；按照所述第二扩散矩阵，对所述置换后的第二图像进行行扩散和列扩散，得到加密后的图像，其中，所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列均是由多个32比特数组成的。可选地，所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列均用于对待加密图像进行加密；在所述待加密图像的尺寸是W×H，所述待加密图像上单个像素点的比特数是8的情况下，n＝ceil(W×H÷4)。可选地，所述待加密图像的尺寸是W×H，所述待加密图像上单个像素点的比特数是8；对预设长度的第一伪随机序列进行处理，得到第一置换矩阵和第一扩散矩阵，包括：将所述预设长度的第一伪随机序列对应的十进制数值按照第一预设规则排列，得到所述尺寸是的第一随机数矩阵，所述第一预设规则为：每个32比特的伪随机数各自对应的十进制数值为所述第一随机数矩阵的一行，每个32比特的伪随机数各自对应的十进制数值为所述第一随机数矩阵的一列；对所述第一随机数矩阵中的各个十进制数值进行排序，得到所述第一随机数矩阵中的各个十进制数值的序号；将所述第一随机数矩阵中的各个十进制数值的序号，作为所述第一置换矩阵的各个元素，得到所述第一置换矩阵；对所述第一随机数矩阵中的每个十进制数值所对应的32比特的第二伪随机数，以8比特为单位进行切分，得到4个子伪随机数，并将每个子伪随机数转换为十进制数值；将分解得到的多个十进制数值按照第二预设规则排列，得到尺寸是W×H的第一扩散矩阵，所述第二预设规则为：每W个分解得到的十进制数值为所述第一扩散矩阵的一行，每H个分解得到的十进制数值为所述第一扩散矩阵的一列。可选地，按照所述第一扩散矩阵，对所述置换后的第一图像进行行扩散和列扩散，得到中间结果图像，包括：对所述置换后的第一图像的当前行像素值、上一行像素值、和所述第一扩散矩阵的当前行的十进制数值求和，并对求和结果与255取模，得到所述中间结果图像中当前行的像素值；对所述置换后的第一图像的当前列像素值、上一列像素值、和所述第一扩散矩阵的当前列的十进制数值求和，并对求和结果与255取模，得到所述中间结果图像中当前列的像素值；其中，所述当前行为第一行时，所述上一行为最后一行。可选地，所述待加密图像是彩色图像；在按照所述第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像之前，所述方法还包括：将所述彩色图像的三维像素空间降至二维，得到尺寸是W×3H的待加密图像；按照所述第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像，包括：按照所述第一置换矩阵，将所述尺寸是W×3H的待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于精度受限模式下并联混合混沌系统的图像加密装置，所述精度受限模式下并联混合混沌系统包括：相互并联的受限精度为32bit的PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统；所述装置包括：第一截取模块，用于对外部输入的156比特的第一密钥进行按位截取，得到所述PL-LM子系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于精度受限模式下并联混合混沌系统的图像加密方法，其特征在于，所述精度受限模式下并联混合混沌系统包括：相互并联的受限精度为32bit的PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统；所述方法包括：/n对外部输入的156比特的第一密钥进行按位截取，得到所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第一参数和第一初始值；/n根据所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第一参数和第一初始值，经过n轮迭代后得到预设长度的第一伪随机序列；/n对所述预设长度的第一伪随机序列进行处理，得到第一置换矩阵和第一扩散矩阵；/n按照所述第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像；/n按照所述第一扩散矩阵，对所述置换后的第一图像进行行扩散和列扩散，得到中间结果图像；/n对外部输入的156比特的第二密钥进行按位截取，得到所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第二参数和第二初始值；/n根据所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第二参数和第二初始值，经过n轮迭代后得到所述预设长度的第二伪随机序列；/n对所述所述预设长度的第二伪随机序列进行处理，得到第二置换矩阵和第二扩散矩阵；/n按照所述第二置换矩阵，将所述中间结果图像以4个像素点为一个单元进行置换，得到置换后的第二图像；/n按照所述第二扩散矩阵，对所述置换后的第二图像进行行扩散和列扩散，得到加密后的图像；其中，所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列均是由多个32比特数组成的。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于精度受限模式下并联混合混沌系统的图像加密方法，其特征在于，所述精度受限模式下并联混合混沌系统包括：相互并联的受限精度为32bit的PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统；所述方法包括：
对外部输入的156比特的第一密钥进行按位截取，得到所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第一参数和第一初始值；
根据所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第一参数和第一初始值，经过n轮迭代后得到预设长度的第一伪随机序列；
对所述预设长度的第一伪随机序列进行处理，得到第一置换矩阵和第一扩散矩阵；
按照所述第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像；
按照所述第一扩散矩阵，对所述置换后的第一图像进行行扩散和列扩散，得到中间结果图像；
对外部输入的156比特的第二密钥进行按位截取，得到所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第二参数和第二初始值；
根据所述PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系统各自的第二参数和第二初始值，经过n轮迭代后得到所述预设长度的第二伪随机序列；
对所述所述预设长度的第二伪随机序列进行处理，得到第二置换矩阵和第二扩散矩阵；
按照所述第二置换矩阵，将所述中间结果图像以4个像素点为一个单元进行置换，得到置换后的第二图像；
按照所述第二扩散矩阵，对所述置换后的第二图像进行行扩散和列扩散，得到加密后的图像；其中，所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列均是由多个32比特数组成的。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一伪随机序列和所述第二伪随机序列均用于对待加密图像进行加密；在所述待加密图像的尺寸是W×H，所述待加密图像上单个像素点的比特数是8的情况下，n＝ceil(W×H÷4)。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待加密图像的尺寸是W×H，所述待加密图像上单个像素点的比特数是8；对预设长度的第一伪随机序列进行处理，得到第一置换矩阵和第一扩散矩阵，包括：
将所述预设长度的第一伪随机序列对应的十进制数值按照第一预设规则排列，得到所述尺寸是的第一随机数矩阵，所述第一预设规则为：每个32比特的伪随机数各自对应的十进制数值为所述第一随机数矩阵的一行，每个32比特的伪随机数各自对应的十进制数值为所述第一随机数矩阵的一列；
对所述第一随机数矩阵中的各个十进制数值进行排序，得到所述第一随机数矩阵中的各个十进制数值的序号；
将所述第一随机数矩阵中的各个十进制数值的序号，作为所述第一置换矩阵的各个元素，得到所述第一置换矩阵；
对所述第一随机数矩阵中的每个十进制数值所对应的32比特的第二伪随机数，以8比特为单位进行切分，得到4个子伪随机数，并将每个子伪随机数转换为十进制数值；
将分解得到的多个十进制数值按照第二预设规则排列，得到尺寸是W×H的第一扩散矩阵，所述第二预设规则为：每W个分解得到的十进制数值为所述第一扩散矩阵的一行，每H个分解得到的十进制数值为所述第一扩散矩阵的一列。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，按照所述第一扩散矩阵，对所述置换后的第一图像进行行扩散和列扩散，得到中间结果图像，包括：
对所述置换后的第一图像的当前行像素值、上一行像素值、和所述第一扩散矩阵的当前行的十进制数值求和，并对求和结果与255取模，得到所述中间结果图像中当前行的像素值；
对所述置换后的第一图像的当前列像素值、上一列像素值、和所述第一扩散矩阵的当前列的十进制数值求和，并对求和结果与255取模，得到所述中间结果图像中当前列的像素值；
其中，所述当前行为第一行时，所述上一行为最后一行。


5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述待加密图像是彩色图像；在按照所述第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像之前，所述方法还包括：
将所述彩色图像的三维像素空间降至二维，得到尺寸是W×3H的待加密图像；
按照所述第一置换矩阵，将待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像，包括：
按照所述第一置换矩阵，将所述尺寸是W×3H的待加密图像以4个相邻像素点组成的正方形为一个单元进行置换，得到置换后的第一图像。


6.一种基于精度受限模式下并联混合混沌系统的图像加密装置，其特征在于，所述精度受限模式下并联混合混沌系统包括：相互并联的受限精度为32bit的PL-LM子系统、PL-PWLCM第一子系统以及PL-PWLCM第二子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓练兵，李皓，
申请(专利权)人：珠海大横琴科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44