基于新型二维复合混沌映射与SHA-256的图像加密方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于新型二维复合混沌映射与SHA

【技术实现步骤摘要】
基于新型二维复合混沌映射与SHA
‑
256的图像加密方法和装置


[0001]本专利技术涉及图像加密
，特别涉及一种基于新型二维复合混沌映射与SHA
‑
256的图像加密方法和装置。

技术介绍

[0002]随着近年来互联网与多媒体应用的飞速发展，数字图像信息作为一种直观的信息表达形式，广泛应用于当今人类的社会生活以及社会活动中。互联网中每天都有大量的图像被传输、共享和存储，而互联网由于其本身的特性决定了它并不是一种安全传输信息的方式，如何确保一些包含如个人隐私、商业、医疗、政治以及军事等敏感信息的数字图像在传输与储存的安全性一直是信息安全的一个热门研究方向。对涉及敏感信息的数字图像进行保护的直接方式就是对其进行加密，但是由于数字图像信息具有数据量大，相关性强等特性，一些适合文本信息加密传统的加密算法，如DES算法和RSA算法不适合对数字图像信息进行加密。图像在空间域中通常用像素位置和像素值这两种信息来进行描述，所以图像加密算法主要围绕置乱和扩散两部分设计，由于混沌系统具有非周期性、不可预测性、伪随机性以及初值敏感性等优点，十分适合用于图像加密领域。
[0003]传统的一维混沌映射存在映射分布不均匀的缺点，导致基于一维混沌映射的图像加密算法的加密效果不好，并且还存在密钥空间小的问题，使得算法不能有效抵抗暴力攻击；虽然高维混沌映射具有复杂的混沌行为并且难以预测，但是会导致算法具有很高的执行成本，对计算机的运算能力要求比较高。同时，一个好的图像加密方法还需要具有抵抗明文攻击的能力。现有技术中的图像加密算法不能同时满足加密安全性和执行成本低两方面的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种基于新型二维复合混沌映射与SHA
‑
256的图像加密方法和装置，实现提升图像加密的安全性，降低执行成本。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种基于新型二维复合混沌映射与SHA
‑
256的图像加密方法，包括：
[0006]步骤10、获取待加密图像，利用SHA
‑
256哈希函数计算所述待加密图像的哈希值作为密钥，并存储为矩阵K；
[0007]步骤20、基于所述矩阵K生成初始参数；
[0008]步骤30、将所述初始参数代入一个新型二维复合混沌映射2D
‑
LSC，得到混沌序列Y1和Y2，所述新型二维复合混沌映射2D
‑
LSC将Logistic映射和Sine映射的输出与变化常量结合，然后执行余弦变换来产生输出；
[0009]步骤40、将所述待加密图像变换得到一维矩阵Z，基于所述混沌序列Y1对所述一维矩阵Z进行排序置乱，得到置乱后的矩阵Z1，然后利用混沌序列Y2对置乱矩阵Z1进行扩散处
理，得到加密矩阵Z2；
[0010]步骤50、对所述加密矩阵Z2进行二次扩散操作，得到二次加密矩阵Z
3；
[0011]步骤60、将二次加密矩阵Z3重构为二维矩阵，得到加密图像。
[0012]进一步地，所述步骤10具体为：
[0013]获取大小为M
×
N的待加密图像，利用哈希函数SHA
‑
256对所述待加密图像进行哈希计算得到64位十六进制的哈希值，将64位十六进制哈希值分成32块，即每块包含两个十六进制数，则得到32个范围在[0,255]的整数，将其保存为矩阵K，即K＝[k1,k2,
…
,k31,k32]，作为密钥，其中，M,N均为正整数。
[0014]进一步地，所述步骤20具体包括：
[0015]基于所述矩阵K的前二十个子块[k1,k2,
…
,k
20
]，根据下式计算2D
‑
LSC的控制参数α、β与γ，和迭代初始值x1与y1：
[0016][0017]基于所述矩阵K的其余子块[k
21
,k
22
,
…
,k
32
]，根据下式计算得到用于二次扩散的初始值e1与参数e2：
[0018][0019]进一步地，所述步骤30中，所述新型二维复合混沌映射2D
‑
LSC的数学模型具体为：
[0020][0021]其中α、β、γ均为控制参数，且α∈[
‑
1,1]、β∈[
‑
1,1]、γ∈[
‑
1,1]；x
i
以及y
i
为2D
‑
LSC的迭代变量，当α∈[0,0.4)∪(0.4,1]、β＝
‑
0.9、γ＝0.9时，2D
‑
LSC具有混沌行为；当α＝0.9、β∈[
‑
1,1]、γ＝0.9时，2D
‑
LSC具有超混沌行为；当α＝0.9、β＝
‑
0.9、γ∈[
‑
1,1]时，2D
‑
LSC具有超混沌行为；
[0022]所述步骤30中，将所述初始参数代入一个新型二维复合混沌映射，2D
‑
LSC得到混沌序列Y1和Y2，具体为：基于各所述混沌映射的参数α,β,γ和迭代初始值x1,y1，迭代所述新型二维复合混沌映射M
×
N+e2次，得到两个混沌序列X以及Y，然后分别舍弃序列X以及Y的前e2+2项，修正为长度M
×
N的混沌序列，并根据下式将2个所述混沌序列映射到0至255范围内的整数，得到混沌序列Y1及Y2：
[0023][0024]进一步地，所述步骤40具体包括：
[0025]将大小为M
×
N的待加密图像I使用Zigzag扫描变换为长度为M
×
N的一维矩阵Z，然后对混沌序列Y1进行升序排序，并记录排序后所有产生变化的位置信息，得到一个排序Y1后的位置索引矩阵W，其中，M,N均为正整数；
[0026]根据所述位置索引矩阵W，对一维矩阵Z进行重新排序，从而得到一个相对一维矩阵Z的置乱矩阵Z1，将置乱矩阵Z1与混沌序列Y2进行按位异或操作，得到加密矩阵Z2。
[0027]进一步地，所述步骤50具体包括：
[0028]将加密矩阵Z2按照下式进行二次扩散操作，即除加密矩阵Z2的初始元素和初始值e1按位异或外，其余加密矩阵Z2的当前元素与前一位元素进行按位异或操作，异或结果保存在二次加密矩阵Z3相同位置的元素中：
[0029][0030]其中，e1是二次扩散的初始值，i为1
‑
M
×
N范围的自然数；
[0031]矩阵Z2中所有元素操作完成后即得到二次扩散后的加密矩阵Z3。
[0032]第二方面，本专利技术提供了一种基于新型二维复合混沌映射与SHA
‑
256的图像加密装置，包括：密钥生成模块、初始参数生成模块、混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于新型二维复合混沌映射与SHA
‑
256的图像加密方法，其特征在于，包括：步骤10、获取待加密图像，利用SHA
‑
256哈希函数计算所述待加密图像的哈希值作为密钥，并存储为矩阵K；步骤20、基于所述矩阵K生成初始参数；步骤30、将所述初始参数代入一个新型二维复合混沌映射2D
‑
LSC，得到混沌序列Y1和Y2，所述新型二维复合混沌映射2D
‑
LSC将Logistic映射和Sine映射的输出与变化常量结合，然后执行余弦变换来产生输出；步骤40、将所述待加密图像变换得到一维矩阵Z，基于所述混沌序列Y1对所述一维矩阵Z进行排序置乱，得到置乱后的矩阵Z1，然后利用混沌序列Y2对置乱矩阵Z1进行扩散处理，得到加密矩阵Z2；步骤50、对所述加密矩阵Z2进行二次扩散操作，得到二次加密矩阵Z3；步骤60、将二次加密矩阵Z3重构为二维矩阵，得到加密图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤10具体为：获取大小为M
×
N的待加密图像，利用哈希函数SHA
‑
256对所述待加密图像进行哈希计算得到64位十六进制的哈希值，将64位十六进制哈希值分成32块，即每块包含两个十六进制数，则得到32个范围在[0,255]的整数，将其保存为矩阵K，即K＝[k1,k2,
…
,k31,k32]，作为密钥，其中，M,N均为正整数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤20具体为：基于所述矩阵K的前二十个子块[k1,k2,
…
,k
20
]，根据下式计算2D
‑
LSC的控制参数α、β与γ，和迭代初始值x1与y1：基于所述矩阵K的其余子块[k
21
,k
22
,
…
,k
32
]，根据下式计算得到用于二次扩散的初始值e1与参数e2：4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤30中，所述新型二维复合混沌映射2D
‑
LSC的数学模型具体为：
其中α、β、γ均为控制参数，且α∈[
‑
1,1]、β∈[
‑
1,1]、γ∈[
‑
1,1]；x
i
以及y
i
为2D
‑
LSC的迭代变量，当α∈[0,0.4)∪(0.4,1]、β＝
‑
0.9、γ＝0.9时，2D
‑
LSC具有混沌行为；当α＝0.9、β∈[
‑
1,1]、γ＝0.9时，2D
‑
LSC具有超混沌行为；当α＝0.9、β＝
‑
0.9、γ∈[
‑
1,1]时，2D
‑
LSC具有超混沌行为；所述步骤30中，将所述初始参数代入一个新型二维复合混沌映射2D
‑
LSC，得到混沌序列Y1和Y2，具体为：基于各所述混沌映射的参数α,β,γ和迭代初始值x1,y1，迭代所述新型二维复合混沌映射M
×
N+e2次，得到两个混沌序列X以及Y，然后分别舍弃序列X以及Y的前e2+2项，修正为长度M
×
N的混沌序列，并根据下式将2个所述混沌序列映射到0至255范围内的整数，得到混沌序列Y1及Y2：5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤40具体包括：将大小为M
×
N的待加密图像I使用Zigzag扫描变换为长度为M
×
N的一维矩阵Z，然后对混沌序列Y1进行升序排序，并记录排序后所有产生变化的位置信息，得到一个排序Y1后的位置索引矩阵W，其中，M,N均为正整数；根据所述位置索引矩阵W，对一维矩阵Z进行重新排序，从而得到一个相对一维矩阵Z的置乱矩阵Z1，将置乱矩阵Z1与混沌序列Y2进行按位异或操作，得到加密矩阵Z2。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤50具体包括：将加密矩阵Z2...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐加能，陈锦源，张烽，倪晖，黄婷婷，郑超英，汤盈慧，
申请(专利权)人：福建毫米电子有限公司，
类型：发明
国别省市：