一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法技术

本发明专利技术提供了图像加密技术领域的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，包括：步骤S10、获取彩色图像文件并进行哈希计算得到哈希值，基于哈希值计算系统参数；步骤S20、基于哈希值生成四维超混沌映射的四个初始值，进而得到四组混沌伪随机序列；步骤S30、基于混沌伪随机序列以及系统参数提取序列W

【技术实现步骤摘要】
一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法


[0001]本专利技术涉及图像加密
，特别指一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法。

技术介绍

[0002]随着互联网和多媒体技术的发展，数字图像的传播和影响范围不断延伸，每天都有大量的数字图像在互联网上传输、共享以及存储。如何确保涉及如军事、金融、政治、医疗等敏感信息的数字图像在传输和存储过程的安全性，一直是信息安全中的热门研究内容，保护数字图像最直接的方式就是进行加密。但由于数字图像不同于文本信息，具有相关性强、数据量大、冗余度高等特点，用于文本加密的RSA、数据标准加密(DES)、高级加密标准(AES)、国际数据加密算法(IDEA)等加密算法不适合数字图像的加密，使得数字图像在传输和存储过程中存在极大的安全隐患。
[0003]因此，如何提供一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，实现提升图像加密的安全性，成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，实现提升图像加密的安全性。
[0005]本专利技术是这样实现的：一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S10、获取彩色图像文件，对所述彩色图像文件进行哈希计算得到哈希值作为系统密钥，基于所述哈希值计算系统参数P；
[0007]步骤S20、基于所述哈希值生成四维超混沌映射的四个初始值，基于各所述初始值得到四组混沌伪随机序列；
>[0008]步骤S30、基于所述混沌伪随机序列以及系统参数P提取长度为256的序列W
z
，并利用所述序列W
z
以及使用AES算法的S盒生成混沌S盒；
[0009]步骤S40、对所述彩色图像文件进行Arnold置乱得到置乱图像I
s
，利用所述混沌S盒对置乱图像I
s
进行字节代换得到代换图像I
su
；
[0010]步骤S50、利用所述混沌伪随机序列以及系统参数P，对所述代换图像I
su
中RGB的三个分量进行图像扩散加密得到三个密文数据，基于各所述密文数据得到加密图像I
enc
。
[0011]进一步地，所述步骤S10具体为：
[0012]获取大小为m
×
n的RGB格式的彩色明文图像文件，利用哈希函数SHA
‑
256对所述彩色明文图像文件进行哈希计算得到256位的哈希值，将所述哈希值进行32等分并存储为矩阵K，对所述矩阵K求和得到系统参数P：
[0013]P＝sum(K(1:32))。
[0014]进一步地，所述步骤S20具体包括：
[0015]步骤S21、将所述哈希值均分为8个子哈希值K(1:4)、K(5:8)、K(9:12)、K(13:16)、K(17:20)、K(21:24)、K(25:28)以及K(29:32)；
[0016]步骤S22、基于各所述子哈希值计算得到四维超混沌映射的四个初始值x0、y0、z0、w0：
[0017]x0＝sum(K(1:4)/mean(K(5:8)))/4；
[0018]y0＝(sum(K(9:12))
‑
max(K(13:16)))/4/256；
[0019]z0＝max(bitxor(K(17:20),K(21:24)))/256；
[0020]w0＝mean(bitxor(K(25:28),K(29:32)))/256；
[0021]步骤S23、将各所述初始值代入四维超混沌映射进行迭代m
×
n+10000次，得到四组混沌伪随机序列X＝{x
n
}、Y＝{y
n
}、Z＝{z
n
}、W＝{w
n
}。
[0022]进一步地，所述步骤S20中，所述四维超混沌映射的公式为：
[0023][0024]其中x
n
、y
n
、z
n
、w
n
均表示系统状态值；a、b、c、h、k、e均表示映射系数。
[0025]进一步地，所述步骤S30具体包括：
[0026]步骤S31、将所述混沌伪随机序列W＝{w
n
}迭代的前3
×
P个数据舍弃后，按序提取长度为256的序列W
z
；
[0027]步骤S32、将所述序列W
z
向左移4位，并对256取模计算，最后进行降序排序，获取排序后的索引序列W
zb
；
[0028]步骤S33、通过使用AES算法的S盒对所述排序索引序列W
zb
进行字节代换后，得到混沌S盒。
[0029]进一步地，所述步骤S30中，所述混沌S盒的计算公式为：
[0030][0031]其中sort()表示排序函数；sub_bytes()表示字节代换函数；s_box表示生成的混沌S盒；aes_s_box表示AES算法的S盒；'descend'表示使用降序排列。
[0032]进一步地，所述步骤S40中，所述Arnold置乱的公式为：
[0033][0034]其中a
*
、b
*
均表示置乱系数，且a
*
＝3，b
*
＝5；x
n
、y
n
均表示系统状态值；置乱次数N＝mod(4
×
P,64)+50。
[0035]进一步地，所述步骤S50具体包括：
[0036]步骤S51、将所述混沌伪随机序列X＝{x
n
}、Y＝{y
n
}、Z＝{z
n
}分别舍弃前P个迭代数据后，分别取m
×
n个迭代数据组成序列x
z
、y
z
、z
z
；
[0037]步骤S52、将所述序列x
z
、y
z
、z
z
依次向左移8位并其取小数部分值，得到序列x
zb
、y
zb
、z
zb
：
[0038]x
zb
＝108×
x
z
‑
round(108×
x
zb
)；
[0039]y
zb
＝108×
y
z
‑
round(108×
y
zb
)；
[0040]z
zb
＝108×
z
z
‑
round(108×
z
zb
)；
[0041]步骤S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤S10、获取彩色图像文件，对所述彩色图像文件进行哈希计算得到哈希值作为系统密钥，基于所述哈希值计算系统参数P；步骤S20、基于所述哈希值生成四维超混沌映射的四个初始值，基于各所述初始值得到四组混沌伪随机序列；步骤S30、基于所述混沌伪随机序列以及系统参数P提取长度为256的序列W
z
，并利用所述序列W
z
以及使用AES算法的S盒生成混沌S盒；步骤S40、对所述彩色图像文件进行Arnold置乱得到置乱图像I
s
，利用所述混沌S盒对置乱图像I
s
进行字节代换得到代换图像I
su
；步骤S50、利用所述混沌伪随机序列以及系统参数P，对所述代换图像I
su
中RGB的三个分量进行图像扩散加密得到三个密文数据，基于各所述密文数据得到加密图像I
enc
。2.如权利要求1所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，其特征在于：所述步骤S10具体为：获取大小为m
×
n的RGB格式的彩色明文图像文件，利用哈希函数SHA
‑
256对所述彩色明文图像文件进行哈希计算得到256位的哈希值，将所述哈希值进行32等分并存储为矩阵K，对所述矩阵K求和得到系统参数P：P＝sum(K(1:32))。3.如权利要求1所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，其特征在于：所述步骤S20具体包括：步骤S21、将所述哈希值均分为8个子哈希值K(1:4)、K(5:8)、K(9:12)、K(13:16)、K(17:20)、K(21:24)、K(25:28)以及K(29:32)；步骤S22、基于各所述子哈希值计算得到四维超混沌映射的四个初始值x0、y0、z0、w0：x0＝sum(K(1:4)/mean(K(5:8)))/4；y0＝(sum(K(9:12))
‑
max(K(13:16)))/4/256；z0＝max(bitxor(K(17:20),K(21:24)))/256；w0＝mean(bitxor(K(25:28),K(29:32)))/256；步骤S23、将各所述初始值代入四维超混沌映射进行迭代m
×
n+10000次，得到四组混沌伪随机序列X＝{x
n
}、Y＝{y
n
}、Z＝{z
n
}、W＝{w
n
}。4.如权利要求1所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，其特征在于：所述步骤S20中，所述四维超混沌映射的公式为：其中x
n
、y
n
、z
n
、w
n
均表示系统状态值；a、b、c、h、k、e均表示映射系数。5.如权利要求3所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，其特征在于：所述步骤S30具体包括：步骤S31、将所述混沌伪随机序列W＝{w
n
}迭代的前3
×
P个数据舍弃后，按序提取长度为
256的序列W
z
；步骤S32、将所述序列W
z
向左移4位，并对256取模计算，最后进行降序排序，获取排序后的索引序列W
zb
；步骤S33、通过使用AES算法的S盒对所述排序索引序列W
zb
进行字节代换后，得到混沌S盒。6.如权利要求5所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，其特征在于：所述步骤S30中，所述混沌S盒的计算公式为：其中sort()表示排序函数；sub_bytes()表示字节代换...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐加能，陈锦源，汤盈慧，黄诚惕，黄婷婷，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：