基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法技术方案

本发明专利技术提出了一种基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法，其步骤为：读取三维彩色图像获得颜色分量矩阵；基于分数阶驱动系统获得混沌信号，并进行重采样得到离散混沌序列；将离散混沌序列按列方式排列重组得到二维数组，将二维数组进行规范化处理得到伪随机矩阵；用伪随机矩阵对颜色分量矩阵进行二进制异或运算，得到第一次加密的颜色分量矩阵；对第一次加密的颜色分量矩阵与伪随机矩阵进行置乱运算，得到第二次加密的颜色分量矩阵；对第二次加密的颜色分量矩阵进行等面积映射置乱得到最终加密后的图像颜色分量矩阵。本发明专利技术密钥空间大，灵敏性强，抗攻击能力强，能够有效保证加密图像的安全性和保密性。有效保证加密图像的安全性和保密性。有效保证加密图像的安全性和保密性。

【技术实现步骤摘要】
基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法


[0001]本专利技术涉及数字图像加密的
，尤其涉及一种基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法。

技术介绍

[0002]互联网的迅速普及已经成为信息时代的重要标志，任何人在任何时间、任何地点都可以通过网络发布任何信息。然而，在面对大量的信息共享和便利的同时，也同样面临着大量数据被泄露、篡改和假冒的事实。目前，如何保证信息的安全已经成为研究的关键，其中，图像信息在信息交换中尤为重要，由于其传递信息的直观性，在网络上越来越流行，同时由于一些图像信息会涉及到个人的隐私、商业机密以及国家安全，在传输过程中必须采取秘密的传输方式，因此，数字图像的信息安全已经成为国际上研究的热门课题。
[0003]为了保证数字图像的信息安全，就要对图像进行加密。图像加密的研究过程，是将图像有效地进行加密和隐藏，而最关键的是能否将图像在几乎无任何细节损失或扭曲的情况下还原出来。由于混沌系统具有遍历性、随机性、对系统参数和初始值敏感性以及不可预测性等特性，与密码学之间存在着一些对应关系，能够作为图像加密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一、读取原始的三维彩色图像，获得三个颜色分量矩阵R、G和B；步骤二、基于具有时变时滞的分数阶驱动系统获得混沌信号，并对混沌信号进行重采样，得到三个离散混沌序列；步骤三、分别将三个离散混沌序列按列方式排列重组得到与颜色分量矩阵大小相同的二维数组，将二维数组进行规范化处理得到三个伪随机矩阵；步骤四、用三个伪随机矩阵分别对颜色分量矩阵R、G、B进行二进制异或运算，得到第一次加密的颜色分量矩阵R1、G1、B1；步骤五、对第一次加密的颜色分量矩阵R1、G1、B1分别与三个伪随机矩阵进行置乱运算，得到第二次加密的颜色分量矩阵R2、G2、B2；步骤六、对第二次加密的颜色分量矩阵R2、G2、B2进行等面积映射置乱，得到最终加密后的图像颜色分量矩阵R3、G3、B3。2.根据权利要求1所述的基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法，其特征在于，所述分数阶驱动系统的数学模型为：其中，是t时刻分数阶系统的Caputo微分，0＜θ＜1表示分数阶的阶次，t0表示初始时刻，C表示所求的微分是Caputo微分；是神经网络t时刻的n维状态变量，表示激活函数；表示时变时滞项，且满足且满足表示时滞的上界；Ξ＝diag(ξ1,
…
,ξ
n
)＞0是一个正的对角矩阵，表示为自反馈矩阵，ξ1,
…
,ξ
n
表示对角元素；和都是连接权矩阵；表示外部输入矩阵。3.根据权利要求2所述的基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法，其特征在于，所述混沌信号的获得方法为：选取参数n＝2，θ＝0.98，t0＝0，Ξ＝diag(1,1)、Ξ＝diag(1,1)、在密钥x(s)＝(0.1,
‑
2)
T
，s∈[
‑
1,0]的初始条件下，获得分数阶驱动系统二维的混沌信号；所述三维彩色图像的大小为M*N*3，三维彩色图像的RGB三个分量的颜色分量矩阵R、G和B均是大小为M*N的无符号整型矩阵；所述重采样的采样周期为h＝0.02，采样数量为M*N；所述重采样得到两组大小为M*N的离散混沌序列X、Y，令Z＝X作为第三组混沌序列，得到三个离散混沌序列X、Y、Z。4.根据权利要求3所述的基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法，其
特征在于，所述伪随机矩阵X1、Y1、Z1的得到方法为：将三个离散混沌序列X、Y、Z按列方式排列重组生成大小为M*N的二维数组X1、Y1、Z1的方法为：其中，m＝1,2,
…
,M，n＝1,2,
…
,N；X((m
‑
1)N+n)、Z((m
‑
1)N+n)分别为离散混沌序列X、Y、Z的第(m
‑
1)N+n个元素，X1(m,n)、Y1(m,n)、Z1(m,n)分别是二维数组X1、Y1、Z1的第m行、n列的元素值；所述将二维数组X1、Y1、Z1进行规范化处理得到伪随机矩阵X1、Y1、Z1的方法为：其中，X1(m)、Y1(m)、Z1(m)分别是离散混沌序列X、Y、Z重组后二维数组X1、Y1、Z1的第m个元素，X1(m)、Y1(m)、Z1(m)分别是规范化处理后的X、Y、Z的第m个元素，m＝1,2,
…
,M
×
N，[
·
]是四舍五入取整符号；从而将伪随机矩阵X1、Y1、Z1中元素的值限制在区间[0，255]内。5.根据权利要求1或4所述的基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法，其特征在于，所述步骤四中的二进制异或运算的方法为：其中，n＝1,2,...N，m＝1,2,...M，表示异或运算，R1(n,m)、G1(n,m)、B1(n,m)、R(n,m)、G(n,m)、B(n,m)、X1(n,m)、Y1(n,m)、Z1(n,m)分别表示经过异或运算后的颜色分量矩阵R1、G1、B1颜色分量矩阵R、G、B及伪随机矩阵X1、Y1、Z1的第n行、第m列的元素值。6.根据权利要求5所述的基于分数阶驱动响应系统有限时间同步的图像加密方法，其特征在于，所述步骤五中置乱运算的实现方法为：对伪随机矩阵X1、Y1、Z1以升序进行重新排列分别得到序列把第一次加密的颜色分量矩阵R1、G1、B1相对应的像素位置按升序排列后与序列中的元素位置进行变化，再将变化后的第一次加密后的图像矩阵R1、G1、B1相对应的像素转换为图像矩阵，得到第二次加密后的颜色分量矩阵R2、G2、B2。7.根据权利要求6所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，李韫鎏，余培照，赵俊红，徐明林，栗三一，孙军伟，方洁，刘娜，杨飞飞，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
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