基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法技术

本发明专利技术提供一种基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法。该方法包括：根据彩色明文图像的哈希值和预设的外部密钥计算得到洛伦兹‑哈肯激光混沌系统的3个初始值；采用洛伦兹‑哈肯激光混沌系统生成三个混沌序列O、P、Q；将彩色明文图像进行RGB分解，得到三个矩阵IR、IG、IB；分别采用混沌序列O、P、Q基于提升方案的图像预处理策略对矩阵IR、IG、IB进行预处理，得到三个序列CR、CG、CB；利用混沌序列O、P、Q对三个序列CR、CG、CB进行跨分量置乱，得到三个矩阵VR、VG、VB；利用混沌序列O、P、Q对三个矩阵VR、VG、VB进行扩散，得到三个密文矩阵CIR、CIG、CIB；对三个密文矩阵CIR、CIG、CIB进行合成，得到密文图像。

【技术实现步骤摘要】
基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法
本专利技术涉及图像加密
，尤其涉及一种基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法。
技术介绍
近年来，多媒体通信在人们的通信过程中占着重要的地位，每天存储和发送的多媒体数据显著增加，保障相关数据的安全和隐私成为安全专家面临的紧迫挑战。不幸的是，传统的加密方案如AES、DES和RSA是针对文本数据进行设计的，不适合针对图像进行加密，因为图像的体积大、冗余度高、相关性强。所以，相关专家基于不同理论和技术提出了许多新的图像加密方案。混沌系统具有不可预测性、非周期性、对初始值的高度敏感性等特点，非常符合密码学的基本要求，近年来混沌系统被广泛用于图像加密算法设计中。为了提高加密技术的可用性和安全性，多位学者还引入了不同领域的知识设计图像加密算法。2018年，Hua等人(ZhongyunHua,YicongZhou,HejiaoHuang.Cosine-transform-basedchaoticsystemforimageencryption.InformationSciences,480(201本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法，其特征在于，包括：/n步骤1：根据大小为M×N的彩色明文图像的哈希值和预设的外部密钥计算得到洛伦兹-哈肯激光混沌系统的3个初始值；/n步骤2：采用洛伦兹-哈肯激光混沌系统生成三个长度均为M×N的混沌序列O、P、Q；/n步骤3：将彩色明文图像进行RGB分解，得到三个大小均为M×N的矩阵IR、IG、IB；/n步骤4：分别采用混沌序列O、P、Q基于提升方案的图像预处理策略对矩阵IR、IG、IB进行预处理，得到三个长度均为M×N的序列CR、CG、CB；/n步骤5：利用混沌序列O、P、Q对三个序列CR、CG、CB进行跨分量置乱，得到三个大小为M×N的矩阵V...

【技术特征摘要】
1.基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法，其特征在于，包括：
步骤1：根据大小为M×N的彩色明文图像的哈希值和预设的外部密钥计算得到洛伦兹-哈肯激光混沌系统的3个初始值；
步骤2：采用洛伦兹-哈肯激光混沌系统生成三个长度均为M×N的混沌序列O、P、Q；
步骤3：将彩色明文图像进行RGB分解，得到三个大小均为M×N的矩阵IR、IG、IB；
步骤4：分别采用混沌序列O、P、Q基于提升方案的图像预处理策略对矩阵IR、IG、IB进行预处理，得到三个长度均为M×N的序列CR、CG、CB；
步骤5：利用混沌序列O、P、Q对三个序列CR、CG、CB进行跨分量置乱，得到三个大小为M×N的矩阵VR、VG、VB；
步骤6：利用混沌序列O、P、Q对三个矩阵VR、VG、VB进行扩散，得到三个大小为M×N的密文矩阵CIR、CIG、CIB；
步骤7：对三个密文矩阵CIR、CIG、CIB进行合成，得到大小为M×N的密文图像。


2.根据权利要求1所述的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤1具体包括：
步骤1.1：将大小为M×N的彩色明文图像作为SHA256函数的输入值，获得彩色明文图像的256位哈希值H，将256位哈希值H的每16位分为一组，转化为16个十进制数，记为h1,h2,h3,…,h15,h16；
步骤1.2：通过公式(1)计算得到洛伦兹-哈肯激光混沌系统的3个初始值x(0)、y(0)、z(0)：



其中，t1、t2、t3、t4∈(0,+∞)为外部密钥，表示异或运算，mod函数表示取模运算。


3.根据权利要求1所述的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤2具体包括：
将计算得到的3个初始值代入公式(2)所示的洛伦兹-哈肯激光混沌系统，迭代N0次，舍弃前k个值，生成三个长度为M×N的混沌序列O、P、Q：



其中，x、y、z为系统状态变量；σ、γ、b为系统参数；N0≥1000+M×N，k≥500。


4.根据权利要求1所述的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤4具体包括：
步骤4.1：将矩阵IR、IG、IB分别从二维转化成一维大小为1×MN的序列R_1、G_1、B_1；对混沌序列O、P、Q进行升序排列，得到对应的索引向量O_1、P_1、Q_1；分别利用索引向量O_1、P_1、Q_1对三个序列R_1、G_1、B_1进行排列，得到三个长度为M×N的序列R_2、G_2、B_2；
步骤4.2：利用序列G_2对序列R_2进行预测，获取新的序列NR：



其中，mod函数表示取模运算，floor函数表示向下取整运算，分别表示序列NR、G_2、R_2中的第i1个数值，i1为整数且i1∈[1,M×N]，G_20＝0；
步骤4.3：利用序列G_2和P对序列NR进行干扰，获取新的序列CR：



其中，分别表示序列CR、P、NR中的第i1个数值；
步骤4.4：利用序列CR对序列G_2进行更新，获取新的序列NG：



其中，表示序列NG中的第i1个数值，CR0＝0；
步骤4.5：利用序列CR对序列B_2进行预测，获取新的序列NB：



其中，分别表示序列NB、B_2中的第i1个数值；
步骤4.6：利用序列CR和Q对序列NB进行干扰，获取新的序列CB：



其中，分别表示序列CB、Q中的第i1个数值；
步骤4.7：利用序列CB对序列NG进行更新，获取新的序列CG：



其中，表示序列CG中的第i1个数值，CB0＝0。


5.根据权利要求1所述的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤5具体包括：
步骤5.1：将三个序列CR、CG、CB进行重组，得到三个大小为M×N的矩阵PR、PG、PB；分别从矩阵PR、PG、PB中选取三个大小为L2×L2的矩阵，分别记为PR_2、PG_2、PB_2；将矩阵PR_2、PG_2、PB_2依次分为L2个块，每个块的大小为L×L；其中，按照公式(9)计算得到L的值：



步骤5.2：分别从序列O、P、Q中选取前L2个数据，通过公式(10)计算得到四个新的序列T、H、Y、Z，然后分别对T、H、Y、Z进行升序排列得到对应的索引向量IT、IH、IY、IZ：



其中，Ti、Hi、Yi、Zi分别表示序列T、H、Y、Z中的第i个数值，i为整数且i∈[1,L2]；
步骤5.3：初始化两个大小为L2×L2的矩阵S、W，将矩阵S的每一行依次按照索引向量IT中的数值设置，将矩阵W的每一行依次按照索引向量IH中的数值设置；然后依据索引向量IY中的数值对矩阵S中的每一行进行循环移位，依据索引向量IZ中的数值对矩阵W的每一行进行循环移位，最终得到两个新的矩阵S、W；
步骤5.4：根据矩阵S通过公式(11)生成一个大小为L2×L2的整数矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴秀丽，陈绣辉，宋世平，付江豫，甘志华，路杨，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41