一种基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法技术

本发明专利技术公开一种基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法，包括：S1、构造新型混沌结构，生成新的混沌映射；S2、消息发送过程中，计算干扰参数和干扰数、计算行循环移位密钥、列循环移位密钥；S3、利用干扰参数和干扰数对待传输的图像进行干扰；S4、利用新的混沌映射构造压缩感知时使用的测量矩阵，通过测量矩阵对干扰图像进行压缩加密；S5、利用行循环移位密钥在行方向上进行循环移位加密；S6、利用列循环移位密钥在列方向上进行循环移位加密，并将密钥生成参数通过安全信道进行传输；S7、在消息接收过程中，通过密钥生成参数生成解密密钥，通过解密密钥完成待传输图像的解密。本发明专利技术能够有效提高图像存储和传输过程中的安全性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法


[0001]本专利技术涉及图像加密
，特别是涉及一种基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法。

技术介绍

[0002]随着计算机网络的开发、共享性以及互联网的快速发展，诸如文本、图像和其他多媒体信息在开放式网络(如互联网)中被应用于各行业中，人们可以轻松的通过网络进行传输和存储各种媒体信息。然而由于网络自身的安全性问题，多媒体数据在网络中的存储和传输过程中很容易受到各种不同的攻击，从而确保对媒体信息数据存储和传输的安全性显得尤为重要。数字图像作为一种重要的多媒体数据，并且作为信息的载体，相比于文本，更加形象、生动、直观，不仅被广泛地应用到日常生活中，也在国防、教育、医疗等方面扮演着至关重要的作用，因此保护图像数据的安全性也越来越引起人们的注意。
[0003]为了使图像安全的在网络上传输，对图像数据加密以提高其安全性势在必行。传统加密技术，如AES，DES，RSA和其他加密算法是用来加密文本数据的，可以很好地保护文本数据信息，而由于图像的固有属性，如数据容量大、相邻像素之间的相关性高以及冗余性，传统的加密技术用来加密图像时，会造成很低的加密效率，因此传统加密技术不合适对图像进行加密。如何做到图像信息在网络上传输和存储下的高安全性，已经成为人们关注及研究的重点。目前，最有效的方法就是设计出安全高效的加密算法对这些图像信息进行加密。
[0004]图像加密是在密码学的基础上发展起来的，继承了密码学的加密/解密基本结构。由于加密对象为数字图像，且由于数字图像的独特的数据特征对加密算法和评价标准提出了新的要求。由此定义可得出在空域中数字图像可以用像素的坐标位置和像素灰度值这两种信息来描述，因此基于空域的数字图像加密算法也是围绕这两种信息设计的，当前数字图像加密主要方法有图像像素位置置乱、图像像素值替换或二者相结合。但是这些方法需要很多步数才能达到置乱效果，而且置乱前后的直方图不改变，而这个指标为衡量图像加密效果好坏的一个重要指标。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法，以解决现有技术中存在的技术问题，能够有效提高图像存储和传输过程中的安全性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法，包括如下步骤：
[0007]S1、构造新型混沌结构，使用所述新型混沌结构生成新的混沌映射；
[0008]S2、消息发送过程中，计算进行图像干扰时所使用的干扰参数k1,k2和干扰数k3、计算行循环移位密钥bitRow、列循环移位密钥bitColumn；
[0009]S3、利用步骤S2生成的干扰参数k1,k2和干扰数k3对待传输的图像进行干扰，得到
干扰图像；
[0010]S4、利用步骤S1所生成的新的混沌映射构造压缩感知时使用的测量矩阵，通过所述测量矩阵对步骤S3生成的干扰图像进行压缩加密；
[0011]S5、利用步骤S2生成的行循环移位密钥bitRow，对步骤S4中生成的压缩加密图像在行方向上进行循环移位加密；
[0012]S6、利用步骤S2生成的列循环移位密钥bitColumn对步骤S5加密后的图像在列方向上进行循环移位加密，完成待传输图像的加密，并将密钥生成参数通过安全信道进行传输；
[0013]S7、在消息接收过程中，通过安全信道传来的密钥生成参数生成解密密钥，通过所述解密密钥完成待传输图像的解密。
[0014]优选地，步骤S1中，新型混沌映射的结构如下式所示：
[0015]y
n+1
＝F(b,y
n
,k)＝mod((F
chaos
(b,y
n
)-y
n2
/3)
×2k
,1),k≥0
[0016]其中，F
chaos
(b,y
n
)为传统一维混沌映射，F(b,y
n
,k)为新型混沌映射；y
n
∈[0,1]为传统混沌序列，y
n+1
为生成的新的混沌序列，y
n+1
∈[0,1]，n为正整数；b为混沌结构的混沌参数；mod为取模函数，2
k
是关于k的调整函数，k为正整数。
[0017]优选地，使用所述新型混沌结构生成新的混沌映射的方法包括：将传统混沌映射代入到所述新型混沌结构中，生成新的混沌映射。
[0018]优选地，所述步骤S2具体包括：
[0019]S2-1、选取三个随机值n0,a0,b0，根据待传输的图像，使用安全散列算法SHA函数计算图像干扰时所使用的干扰参数k1,k2和干扰数k3；
[0020]S2-2、选取一个随机值keyRow作为行方向上的循环移位的循环数，随机设置传统Logistic映射的混沌初始值LogisticRow'和初始混沌参数ω0，计算行方向上进行循环移位时需要的密钥bitRow；
[0021]S2-3、选取一个随机值keyColumn作为列方向上的循环移位的循环数，随机设置传统Logistic映射的混沌初始值LogisticColumn'和初始混沌参数ω1，计算列方向上进行循环移位时需要的密钥bitColumn。
[0022]优选地，所述步骤S3具体包括：对待传输的图像进行稀疏处理，根据步骤S2生成的干扰参数k1,k2和干扰数k3对稀疏处理后的图像进行干扰。
[0023]优选地，所述步骤S4具体包括：
[0024]S4-1、选取4个随机数z'0,z'1以及u0,u1，将z'0,z'1作为混沌序列的初始值，将u0,u1作为混沌参数，通过步骤S1中构造的新型混沌结构生成两个混沌序列z0,z1；
[0025]S4-2、通过步骤S4-1中生成的两个混沌序列z0,z1，分别构造两个测量矩阵，基于两个所述测量矩阵，使用压缩感知对干扰图像进行压缩采样。
[0026]优选地，所述步骤S5中，采用circshif函数对步骤S4中生成的压缩加密图像在行方向上进行循环移位加密，并将circshif函数控制行的参数设置为0，得到行循环移位后的图像。
[0027]优选地，所述步骤S6中，采用circshif函数对步骤S5加密后的图像在列方向上进行循环移位加密，并将circshif函数控制列的参数设置为0，得到列循环移位后的图像。
[0028]优选地，所述步骤S7具体包括：
[0029]S7-1、根据从安全信道传来的密钥生成参数，构建解密时所需要的解密密钥；
[0030]S7-2、对加密后的图像依次进行列循环解密、行循环解密；
[0031]S7-3、对行循环解密后的图像依次进行解压缩，逆干扰，逆稀疏化处理，完成待传输图像的解密。
[0032]优选地，所述步骤S7-1中，构建解密时所需要的解密密钥包括：构建解密时所需要的测量矩阵，计算进行干扰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、构造新型混沌结构，使用所述新型混沌结构生成新的混沌映射；S2、消息发送过程中，计算进行图像干扰时所使用的干扰参数k1,k2和干扰数k3、计算行循环移位密钥bitRow、列循环移位密钥bitColumn；S3、利用步骤S2生成的干扰参数k1,k2和干扰数k3对待传输的图像进行干扰，得到干扰图像；S4、利用步骤S1所生成的新的混沌映射构造压缩感知时使用的测量矩阵，通过所述测量矩阵对步骤S3生成的干扰图像进行压缩加密；S5、利用步骤S2生成的行循环移位密钥bitRow，对步骤S4中生成的压缩加密图像在行方向上进行循环移位加密；S6、利用步骤S2生成的列循环移位密钥bitColumn对步骤S5加密后的图像在列方向上进行循环移位加密，完成待传输图像的加密，并将密钥生成参数通过安全信道进行传输；S7、在消息接收过程中，通过安全信道传来的密钥生成参数生成解密密钥，通过所述解密密钥完成待传输图像的解密。2.根据权利要求1所述的基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法，其特征在于，步骤S1中，新型混沌映射的结构如下式所示：y
n+1
＝F(b,y
n
,k)＝mod((F
chaos
(b,y
n
)-y
n2
/3)
×2k
,1),k≥0其中，F
chaos
(b,y
n
)为传统一维混沌映射，F(b,y
n
,k)为新型混沌映射；y
n
∈[0,1]为传统混沌序列，y
n+1
为生成的新的混沌序列，y
n+1
∈[0,1]，n为正整数；b为混沌结构的混沌参数；mod为取模函数，2
k
是关于k的调整函数，k为正整数。3.根据权利要求2所述的基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法，其特征在于，使用所述新型混沌结构生成新的混沌映射的方法包括：将传统混沌映射代入到所述新型混沌结构中，生成新的混沌映射。4.根据权利要求1所述的基于新的混沌映射与压缩感知的图像加密方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：S2-1、选取三个随机值n0,a0,b0，根据待传输的图像，使用安全散列算法SHA函数计算图像干扰时所使用的干扰参数k1,k2和干扰数k3；S2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤永利，赵明洁，叶青，李莹莹，赵明昊，李丽香，谭化钦，李运辉，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：