一种可压缩的六维无简并超混沌图像保密系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种可压缩的六维无简并超混沌图像保密系统及方法。在加密端对图像数据进行压缩处理得到压缩系数矩阵，结合加密端超混沌序列对矩阵加密得到密文数据。解密端根据密钥设置超混沌系统的初始值，由解密端超混沌系统的混沌序列对密文数据解密，进一步还原得即可到明文图像。加密端与解密端利用SOPC资源完成加密与解密操作，在SOPC中FPGA对超混沌离散化过程进行并行加速，ARM处理器结合混沌序列完成图像加密、解密过程。本发明专利技术在运用过程中能有效地节省硬件资源，并运用FPGA并行计算优势加快了超混沌系统离散化速度，进而提高了图像保密系统的工作效率。像保密系统的工作效率。像保密系统的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种可压缩的六维无简并超混沌图像保密系统及方法


[0001]本专利技术涉及图像加密领域，特别涉及一种可压缩的六维无简并超混沌图像保密系统及方法。

技术介绍

[0002]随着近年来信息技术的飞速发展，社会生产生活与网络密切相关。图像作为网络传输重要的信息载体，在国防、医疗、社交、监测等领域使用广泛。因此防止数字图像被篡改及信息泄露显得十分重要，建立安全的图像保密通信机制成为亟待解决的问题。
[0003]高维无简并混沌系统是指混沌系统中正李氏指数个数达到最大的混沌系统。混沌系统尤其是高维无简并混沌系统具有对初始条件的敏感性、伪随机性、长期不可预测性和抗截获能力的优点，非常适合于图像加密。但在传统基于混沌的数字加密算法中，存在低维混沌系统产生的混沌序列随机性不够高、离散混沌系统占用时间极长、图像数据量大，很难实现高效加解密等缺点。
[0004]为了解决上述存在的技术问题，本专利技术阐述了一种可压缩的六维无简并超混沌图像加密系统及方法，运用六维超混沌系统对图像进行加密，提高了混沌序列的随机性；加密前对图像数据进行压缩，减少了图像加密时的运算量以及占用的硬件资源；使用SOPC ( System on a Programmable Chip, 可编程片上系统芯片)内的FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列) 对混沌离散化过程进行并行加速，最后结合混沌序列在ARM处理器中完成最后的图像加密、解密过程。利用图像数据压缩技术以及混沌离散化并行加速技术，能有效地提高图像保密系统的运行效率。基于以上特性，使得该图像保密系统具有图像加解密速度快，加密安全性高等良好特点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种可压缩的六维无简并混沌图像加密系统及方法，以解决传统混沌系统产生的时间序列复杂度低、基于混沌系统的图像加密算法运算量大，运算效率低的问题。
[0006] 一种可压缩的六维无简并超混沌图像加密系统，其特征在于，包括图像存储介质、图像加密装置、图像解密装置、加密端数据缓存装置、解密端数据缓存装置、图像显示装置；所述图像加密装置包含加密端SOPC以及加密端数据缓存装置；加密端SOPC 内的FPGA用于对加密超混沌系统进行离散化，以产生加密端超混沌序列;结合加密端超混沌序列，加密端SOPC内的ARM处理器完成明文数据的加密，加密端离散化后的超混沌序列、加密过程产生的中间数据以及加密后的数据均存放于加密端数据缓存装置；所述图像解密装置包含解密端SOPC以及解密端数据缓存装置；解密端SOPC 内的FPGA用于对解密端超混沌系统进行离散化，用于产生解密超混沌序列；结合解密端超混沌序列，解密端SOPC 内的ARM处理器完成密文数据的解密，解密端离散化后的混沌序列、解密过程中产生的中间数据以及解密后的数据均存放于解密端数据缓存装置中；所述图像显示装置用于显示解密端数据缓存装置中
存放的解密数据。
[0007]本专利技术还提供了一种可压缩的六维无简并超混沌图像保密方法，其特征在于，加密方法包含如下步骤：步骤1：读取大小为w
×
h的图像形成图像矩阵A
w
×
h
，根据图像矩阵计算无简并超混沌系统初始值P1, P2, P3, P4, P5, P6；步骤2：构建加密端六维无简并超混沌系统，对所构建的超混沌系统离散化，并迭代次N0+w'h'，舍弃前N0次迭代值，得到6个含有w'h'个元素的向量，分别为X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
, Z1×
w'h'
, U1×
w'h'
, V1×
w'h'
, W1×
w'h'
；步骤3：将图片矩阵A
w
×
h
均匀分割成32
×
32的图像变换块，每个图像变换块均进行整数DCT (Discrete Cosine Transform, 离散余弦变换)形成DCT系数矩阵I
w
×
h
；步骤4：截取系数矩阵I
w
×
h
形成压缩系数矩阵C
w'
×
h'
，并将压缩系数矩阵进行除法和求模运算，形成商数矩阵和模数矩阵DA
w'
×
h'
, MA
w'
×
h'
；步骤5：选取向量X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
，将向量X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
的元素值分别映射为行索引ID
r
和列索引ID
c
，使用行ID
r
和列索引ID
c
对矩阵DA
w'
×
h'
, MA
w'
×
h'
进行置乱操作，形成矩阵D
w'
×
h'
, M
w'
×
h'
；步骤6：选取X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
, Z1×
w'h'
, U1×
w'h'
向量将其融合向量VF1×
w'h'
，并利用向量VF1×
w'h'
及常数C1对D
w'
×
h'
, M
w'
×
h'
进行正向扩散操作，形成矩阵DFD
w'
×
h'
, DFM
w'
×
h'
；步骤7：选取向量Z1×
w'h'
, U1×
w'h'
, V1×
w'h'
, W1×
w'h'
将其融合为向量VB1×
w'h' , 并利用向量VB1×
w'h'
及常数C2对矩阵DFD
w'
×
h'
, DFM
w'
×
h'
进行逆向扩散操作，形成矩阵DBD
w'
×
h'
, DBM
w'
×
h' ，DBD
w'
×
h'
, DBM
w'
×
h'
即为密文数据。
[0008]一种可压缩的六维无简并超混沌图像保密方法，其特征在于，加密方法步骤6中，向量VF1×
w'h'
构成方法为：其中，k=1, 2,
···
w'h' , 为向下取整操作，X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
, Z1×
w'h'
, U1×
w'h' 为六维无简并超混沌系统离散化后所形成的向量；利用向量VF1×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可压缩的六维无简并超混沌图像加密系统，其特征在于，包括图像存储介质、图像加密装置、图像解密装置、加密端数据缓存装置、解密端数据缓存装置、图像显示装置；所述图像加密装置包含加密端SOPC以及加密端数据缓存装置；加密端SOPC 内的FPGA用于对加密超混沌系统进行离散化，以产生加密端超混沌序列;结合加密端超混沌序列，加密端SOPC 内的ARM处理器完成明文数据的加密，加密端离散化后的超混沌序列、加密过程产生的中间数据以及加密后的数据均存放于加密端数据缓存装置；所述图像解密装置包含解密端SOPC以及解密端数据缓存装置；解密端SOPC 内的FPGA用于对解密端超混沌系统进行离散化，用于产生解密超混沌序列；结合解密端超混沌序列，解密端SOPC 内的ARM处理器完成密文数据的解密，解密端离散化后的混沌序列、解密过程中产生的中间数据以及解密后的数据均存放于解密端数据缓存装置中；所述图像显示装置用于显示解密端数据缓存装置中存放的解密数据。2.本发明还提供了一种可压缩的六维无简并超混沌图像保密方法，其特征在于，加密方法包含如下步骤：步骤1：读取大小为w
×
h的图像形成图像矩阵A
w
×
h
，根据图像矩阵计算无简并超混沌系统初始值P1, P2, P3, P4, P5, P6；步骤2：构建加密端六维无简并超混沌系统，对所构建的超混沌系统离散化，并迭代次N0+w'h'，舍弃前N0次迭代值，得到6个含有w'h'个元素的向量，分别为X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
, Z1×
w'h'
, U1×
w'h'
, V1×
w'h'
, W1×
w'h'
；步骤3：将图片矩阵A
w
×
h
均匀分割成32
×
32的图像变换块，每个图像变换块均进行整数DCT (Discrete Cosine Transform, 离散余弦变换)形成DCT系数矩阵I
w
×
h
；步骤4：截取系数矩阵I
w
×
h
形成压缩系数矩阵C
w'
×
h'
，并将压缩系数矩阵进行除法和求模运算，形成商数矩阵和模数矩阵DA
w'
×
h'
, MA
w'
×
h'
；步骤5：选取向量X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
，将向量X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
的元素值分别映射为行索引ID
r
和列索引ID
c
，使用行ID
r
和列索引ID
c
对矩阵DA
w'
×
h'
, MA
w'
×
h'
进行置乱操作，形成矩阵D
w'
×
h'
, M
w'
×
h'
；步骤6：选取X1×
w'h'
, Y1×
w'h'
, Z1×
w'h'
, U1×
w'h'
向量将其融合向量VF1×
w'h'
，并利用向量VF1×
w'h'
及常数C1对D
w'
×
h'
, M
w'
×
h'
进行正向扩散操作，形成矩阵DFD
w'
×
h'
, DFM
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于文新，周躜波，王俊年，刘美婷，李燕，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：