一种随机分块的混沌图像加密方法技术

本发明专利技术公开了一种随机分块的混沌图像加密方法，涉及信息安全技术领域，其步骤如下：读取明文图像A，设明文图像A的大小为M×N，且aij表示图像A中第i行第j列的像素；设置密钥x0，y0，z0，r以及s

【技术实现步骤摘要】
一种随机分块的混沌图像加密方法
本专利技术涉及信息安全
，具体涉及一种随机分块的混沌图像加密方法。
技术介绍
混沌是一种复杂的非线性现象。混沌映射所具有的初值敏感性、快速衰减的自相关特性、长期不可预测性、类随机性以及确定性等特性满足密码学中密钥流生成的安全性需求。为此，利用混沌映射生成密钥流受到了广泛的关注。随着多媒体的发展，图像信息的保密性受到了越来越大的重视，对图像的加密也受到了广泛的研究。由于图像具有较强的冗余性，且相邻像素之间具有较强的关联性，传统的加密算法，如DES,AES，RSA，并不适用于图像加密，且加密效率偏低。由于混沌系统具有良好的随机特性，为此，基于混沌的图像加密算法受到了广泛的关注。图像分块加密算法是一种常见的加密方法。传统的分块方法在每次加密图像时都采用固定的分块方法，这种方法加密结构单一，容易受到攻击。特别是加密了大量图像之后，会给攻击者留下大量的分块信息，安全性存在巨大隐患。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术采用一种基于混沌的随机分块策略，每次加密时分块方案都是随机变化的，从而有效提高了安全性。同时，在引入随机分块策略的同时保证图像加密算法具有较高的效率。本专利技术具体采用以下方案：一种随机分块的混沌图像加密方法，其步骤如下：S1：读取明文图像A，设明文图像A的大小为M×N，且aij表示图像A中第i行第j列的像素；S2：设置密钥x0，y0，z0，r以及s0(1)；S3：对图像进行置乱：S4：将置换后的图像分解为四个子图像A(1)、A(2)、A(3)、A(4)；交换位置为(0，0)和(a，b)的像素值；其中初始值被设置为(x0+mean{A}/256mod1，y0+mean{A}/256mod1)，其中mean{A}表示图像A中像素和的平均值。S5：利用初始值z0+mean{A}/256mod1，根据Logistic映射zi+1＝f(zi)＝rzi(1-zi)和mp＝floor(zp·105mod256)生成加密控制序列{mp}；S6：选择密钥s0(1)，通过计算出s0(2)，s0(3)和s0(4)；S7：利用整数Logistic映射对每一个子图像进行加密：si+1＝F(si)＝4si(256-si)/256ti+1＝G(si+1)＝floor(106*si+1mod256)其中，函数F被作为迭代函数生成给定初始值为s0的序列{si}，函数G根据序列{si}生成一个理想整数序列{ti}；S8：合并所有加密后的子图像，并保存为加密图像A*。进一步的方案是，S3中所述的对图像进行置乱后，图像A中第i行第j列的像素被移动到第p行第q列，其中p，q的算法如下：其中a，b是参数，N是图像的大小。进一步的方案是，S4中所述将置换后的图像分解为四个子图像受Baker混沌映射控制，其中，p为控制参数，设置Baker映射的初始值为(x0，y0)，将其代入中迭代n次，得到生成值(xn,yn)，生成值(xn,yn)通过(a,b)＝(floor(N·xn),floor(M·yn)变为二维整数向量，其中函数floor(x)表示小于x的最大整数，图像A被分为四块：ATQP，TDRQ，PQSB和QRCS，其中AT＝a且AP＝b(AT＝a意味着在AT上面有a个像素)。进一步的方案是，S7中所述的对每一个子图像进行加密具体为设子图像A(n)的大小为M1×N1，n＝1，2，3，4，设aij表示图像A(1)第i行，第j列的图像像素值，其中1≤i≤M1，1≤j≤N1，通过进行加密，其中p＝(i-1)·N1+j，{mp}是加密控制序列。进一步的方案是，对S8所述的加密图像A*进行解密，其步骤如下：步骤1：读取密文图像A*：步骤2：利用初始值为(x0+mean{A}/256mod1，y0+mean{A}/256mod1)的分块算法，并迭代n次后，将图像A*分解为四个子图像；步骤3：根据zi+1＝f(zi)＝rzi(1-zi)和mp＝floor(zp*105mod256)以及初始值z0+mean{A}/256mod1，生成一个加密控制序列{mp}：步骤4：根据和密钥s0(1)生成s0(2)，s0(3)和s0(4)；步骤5：将s0(1)、s0(2)、s0(3)和s0(4)代入生成四组序列{tp}；步骤6：利用生成的四组序列{tp}分别对四个子图像进行解密步骤7：将位置为(0，0)和(a，b)的像素值进行交换，交换后将所有解密后的子图像进行组合；步骤8：利用的相反函数对组合起来的图像进行反向置换，得到图像，并将其保存为A。本专利技术的有益效果：本专利技术采用一种基于混沌的随机分块策略，每次加密时分块方案都是随机变化的，从而有效提高了安全性。同时，在引入随机分块策略的同时保证图像加密算法具有较高的效率。附图说明图1为图像分块的示意图；图2为序列{ti}的统计学测试，(a)为分布图(b)：自相关函数；图3为加密和解密后的结果，(a)为明文图像，(b)为密文图像，(c)为解密图像：图4为直方图，(a)为明文图像，(b)为密文图像；图5为加密敏感性分析：(a)为x0，(b)为s0(1)，(c)为z0；图6为解密敏感性分析：(a)为x0，(b)为s0(1)，(c)为z0；图7为相邻像素对的分布，(a)为明文图像的水平方向，(b)为明文图像的垂直方向，(c)为明文图像的对角线方向：图8为相邻像素对的分布，(d)为密文图像的水平方向，(e)为密文图像的垂直方向，(f)为密文图像的对角线方向；图9为鲁棒性分析，(a)为具有1.52％斑点噪声的密文图像，(b)为具有5％斑点噪声的密文图像，(c)为有0.95％数据遗失的密文图像：(d)为有3.81％数据遗失的密文图像；图10为鲁棒性分析，(e)为具有1.52％斑点噪声的解密结果，(f)为具有5％斑点噪声的解密结果，(g)为有0.95％数据遗失的解密结果，(h)有0.95％数据遗失的解密结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本专利技术公开一种随机分块的混沌图像加密方法，其步骤如下：S1：读取明文图像A，设明文图像A的大小为M×N，且aij表示图像A中第i行第j列的像素；S2：设置密钥x0，y0，z0，r以及s0(1)；S3：对图像进行置乱：S4：将置换后的图像分解为四个子图像A(1)、A(2)、A(3)、A(4)；交换位置为(0，0)和(a，b)的像素值；其中初始值被设置为(x0+mean{A}/256mod1，y0+mean{A}/256mod1)，其中mean{A}表示图像A中像素和的平均值。S5：利用初始值z0+mean{A}/256mod1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种随机分块的混沌图像加密方法，其特征在于：其步骤如下：/nS1：读取明文图像A，设明文图像A的大小为M×N，且a

【技术特征摘要】
1.一种随机分块的混沌图像加密方法，其特征在于：其步骤如下：
S1：读取明文图像A，设明文图像A的大小为M×N，且aij表示图像A中第i行第j列的像素；
S2：设置密钥x0，y0，z0，r以及s0(1)；
S3：对图像进行置乱：
S4：将置换后的图像分解为四个子图像A(1)、A(2)、A(3)、A(4)；交换位置为(0，0)和(a，b)的像素值；其中初始值被设置为(x0+mean{A}/256mod1，y0+mean{A}/256mod1)，其中mean{A}表示图像A中像素和的平均值。
S5：利用初始值z0+mean{A}/256mod1，根据Logistic映射zi+1＝f(zi)＝rzi(1-zi)和mp＝floor(zp·105mod256)生成加密控制序列{mp}；
S6：选择密钥s0(1)，通过计算出s0(2)，s0(3)和s0(4)；
S7：利用整数Logistic映射对每一个子图像进行加密：
si+1＝F(si)＝4si(256-si)/256
ti+1＝G(si+1)＝floor(106*si+1mod256)
其中，函数F被作为迭代函数生成给定初始值为s0的序列{si}，函数G根据序列{si}生成一个理想整数序列{ti}；
S8：合并所有加密后的子图像，并保存为加密图像A*。


2.根据权利要求1所述的一种随机分块的混沌图像加密方法，其特征在于：
S3中所述的对图像进行置乱后，图像A中第i行第j列的像素被移动到第p行第q列，其中p，q的算法如下：



其中a，b是参数，N是图像的大小。


3.根据权利要求1所述的一种随机分块的混沌图像加密方法，其特征在于：
S4中所述将置换后的图像分解为四个子图像受Baker混沌映射控制，其中，p为控制参数，设置Baker映射的初始值为(x0，y0)，将其代入中迭代n次，得到生成值(xn,...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘凌锋，李向军，魏智翔，揭敏，袁凌利，喻鹏，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36