基于中心法则和三维位平面的图像加密方法技术

每天都有大量的图像生成并分布在各个领域。为保护图像信息在网络传输过程中不被窃取，提出了一种基于遗传中心法则和三维位平面的图像加密方法。本发明专利技术模拟了遗传中心法则，定义了三维位平面。首先，将原始图像转换成8位二进制图像，并转换成标准的三维矩阵；其次，通过旋转位平面并在位平面之间进行置换来置换三维矩阵；再次，将混乱的三维矩阵编码为DNA代码，通过模仿遗传中心法则，引入RNA突变，并与混沌结合，实现扩散；最后，通过RNA解码操作获得加密图像。实验结果和方法分析表明，该方法具有较强的安全性和良好的性能。具有较强的安全性和良好的性能。具有较强的安全性和良好的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于中心法则和三维位平面的图像加密方法


[0001]本专利技术涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种图像加密方法。

技术介绍

[0002]近年来，人们对网络和信息系统的安全问题越来越重视，图像已成为人们日常生活中重要的信息载体。它可直观、生动地传递大量的信息，广泛应用于通信、军事和医疗领域。然而，由于互联网的开放性，信息在网络传输过程中容易被截获或泄露。数据隐藏和图像加密是保持图像安全的常用方法，但前者由于没有足够的嵌入能力而受到一些限制，相比之下，图像加密可有效地保护图像。因此，如何有效和安全地加密图像就变得非常重要。
[0003]因为图像具有数据容量大、像素与数据冗余相关性高的特点，所以传统的数据加密算法无法加密数字图像。近年来，基于混沌的各种加密方法被提出，如基于混沌的图像加密、基于压缩感知的图像加密、基于遗传算法的图像加密。随着大数据时代的到来，网络信息传输能力也得到了提高，对加密方法的效率和安全性的要求也进一步提升。
[0004]为了保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，提出了一种基于中心法则和三维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于中心法则和三维位平面的图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：构建三维矩阵：令交互图像为I，大小为m
×
n，将I中每个像素值都转换为8位二进制值，通过补零操作，可将I构建成一个大小为d
×
d
×
d的三维矩阵C=[c
ij
]，c
ij
=0或1，其中d为正整数，满足d3≥8mn，且d取值最小；步骤2：生成密钥：利用SHA
‑
256安全散列算法，计算I的256位哈希值K，将其按照每8位划分成块，可得K=k1, k2,
…
, k
32
，并随机选取c1, c2, c3, c4, c5, c6作为外部密钥输入，利用公式（1）
‑
（3）所示的密钥生成器，计算公式（4）所示的二维Logistic调整正弦映射（Two Dimension Logistic
‑
Adjusted
‑
Sine Map，2D
‑
LASM）的初始值u0，v0和控制参数μ，以及公式（5）所示的三维Sine混沌系统的初始值x0, y0, z0和控制参数a, b, c；u0, v0,μ, x0, y0, z0, a, b, c为密钥；，
ꢀꢀꢀꢀ
（1）其中，
⊕
表示异或运算；，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2），
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）其中，mod(
•
)表示取模运算；，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）其中，μ∈[0, 1]为控制参数，u0, v0∈(0, 1)为初始值；
，
ꢀꢀꢀꢀ
（5）其中，a, b, c∈[1, 4]为控制参数，x0, y0, z0∈[0, 1]为初始值；步骤3：生成混沌序列：根据初始值x0, y0, z0和控制参数a, b, c迭代公式（5）所示的三维Sine混沌系统1000+d次，舍弃前1000次迭代值，可产生3个长度均为d的混沌序列X，Y和Z；根据初始值u0，v0和控制参数μ，迭代公式（4）所示的2D
‑
LASM1000+d3/2次，舍弃前1000次迭代值，可产生2个长度均为d3/2的混沌序列U和V；步骤4：三维位平面置乱：利用X，Y和Z，分别置乱C的三维位平面集，包括X位平面集P
x
={p
x
(i)}，Y位平面集P
y
={p
y
(i)}和Z位平面集P
z
={p
z
(i)}，最终可得三维置乱矩阵P6；具体操作为：利用X和公式（6）
‑
（9），旋转和置乱P
x
={p
x
(i)}，[X1, S1]=sort(x(i))，i=1, 2,
…
, d，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）T1=mod(floor(x(i)
×
10
16
), 4)
×
90，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）其中，sort(
•
)是升序排序函数，floor(
•
)是向下取整函数，x(i)∈X，X1为排序后的新序列，S1是X1的索引值；P1(i, :, :)=imrotate(C(i, :, :), t1(i))，i=1, 2,
…
, d，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）其中，imrotatet(
•
)是旋转函数，C(i, :, :)为C的第i个X位平面，t1(i)∈T1为位平面的旋转角度值，t1(i)取值为0
°
，90
°
，180
°
或270
°
，P1(i, :, :)为三维矩阵P1的第i个X位平面；P2(i, :, :)=P1(s1(i), :, :)，i=1, 2,
…
, d，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（9）其中，s1(i)∈S1，P2(i, :, :)为三维矩阵P2的第i个X位平面；利用Y和公式（10）
‑
（13），旋转和置乱P
y
={p
y
(i)}，[Y1, S2]=sort(y(i))，i=1, 2,
…
, d，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（10）T2=mod(floor(y(i)
×
10
16
), 4)
×
90，
ꢀꢀꢀꢀ
（11）其中，y(i)∈Y，Y1为排序后的新序列，S2是Y1的索引值；P3(:, i, :)=imrotate(P2(:, i, :), t2(i))，i=1, 2,
…
, d，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（12）其中，P2(:, i, :)为三维矩阵P2的第i个Y位平面，t2(i)∈T2，P3(:, i, :)为三维矩阵P3的第i个Y位平面；P4(:, i, :)=P3(:, s2(i), :)，i=1, 2,
…
, d，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（13）其中，s2(i)∈S2，P4(:, i, :)为三维矩阵P4的第i个Y位平面；利用Z和公式（14）
‑
（17），旋转和置乱P

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，田婧希，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
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