基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密方法技术

一种基于动态立体S盒和提升小波的多图像加密方法，属于信息加密领域。目前，数字图像的网络传输和存储变得日益频繁。为保护网络交互图像内容，本发明专利技术建立了一个动态立体S盒，结合小波变换，提出了一种基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密方法。首先，将k幅原始图像组合成一个图像立方体，再进行提升小波变换；其次，利用混沌对频域内的低频部分进行置乱；再次，利用动态立体S盒对提升小波逆变换后的图像立方体进行像素值替换；最后，分解图像立方体，产生k幅加密图像。实验结果表明：该方法可同时加密多幅交互图像，加密效果良好，安全性强。全性强。全性强。

【技术实现步骤摘要】
基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密方法


[0001]本方法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]在网络信息的交互中，图像的简洁，直观，易于不同地域、不同年龄跨语言的交流，是当今信息传播的主要载体，在各个不同领域得到了一个广泛的应用，然而，图像信息安全问题也随之产生。因此，研究高效安全的图像加密方法显得尤为重要。
[0003]为提高图像加密的安全性和效率，建立动态立体S盒，结合提升小波变换，提出了一种基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密方法。该方法利用S盒的非线性以及混沌良好的随机性和复杂性，实现了频域和空间域的双重加密，有效地保护了图像内容网络传输和存储的安全。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的：为解决现有图像加密效率低、安全性弱或容量有限等问题，提出了一种基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密方法。
[0005]基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：图像立方化：令k幅大小均为m
×
n的原始图像为I1, I2,
ꢀ…
, I
k
，按照特定的顺序将它们组合成一个大小为m
×
n
×
k的图像立方体C；步骤2：提升小波变换：对C进行提升小波变换，得到C的频域矩阵C1，令C1的低频部分为V，其大小为m/2
×
n/2
×
k；步骤3：产生混沌序列：随机选取Logistic映射的初始值x0和参数μ1，按照公式（1）迭代1000+mnk/4次，丢掉前1000个值，可得一个长度为mnk/4的混沌序列X={x
i
}；随机选取Logistic映射的初始值y0和参数μ2，按照公式（1）迭代1000+256次，丢掉前1000个值，可得一个长度为256的混沌序列Y={y
j
}；X
t+1
=x
t
×
μ
×
(1
‑
x
t
)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中,μ∈(3.5699, 4)和x
t
∈(0, 1)；步骤4：低频置乱：利用公式（2）对X进行升序排序，[X2, X1]=sort (X)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）其中，sort (
·
)是升序排序函数，X1为索引值序列，X2为排序后的序列；利用X1和公式（3）对V中元素进行位置置乱操作，v1(i)=V [x1(i)]，i=1, 2,
ꢀ…
, mnk/4，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）其中，x1(i)∈X1和V1={v1(i)}为置乱后的低频部分；将V1与C1的高频部分合并，可得频域矩阵C2；步骤5：提升小波逆变换：对C2进行提升小波逆变换，可得置乱后的时域立方体C3；步骤6：生成动态立体S盒：利用公式（4）对Y进行升序排序，
[Y2,Y1]=sort(Y)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）其中，Y1为索引值序列，Y2为排序后的序列；利用公式（5）将Y1转化为一个8
×8×
4的三维矩阵，即动态立体S盒；S=reshape(Y1,8, 8, 4)，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）其中，reshape (
·
)是重塑函数，S为一个8
×8×
4的S盒；步骤7：立方体扩散：将C3中的每个像素值d用8位二进制表示d=d7d6d5d4d3d2d1d0，d
l
∈{0,1}，l=0, 1,
ꢀ…
, 7，令x=d7d6d5，y=d4d3d2，z=d1d0，通过用x, y, z的十进制数值来查询S盒中的元素，并用该元素值替换C3中的像素值d，完成所有像素的替换，可得到加密图像立方体C4；步骤8：立方体分解：将C4分解为k幅大小为m
×
n的加密图像J1, J2,
ꢀ…
, J
k
。
[0006]有益效果：本专利技术针对现有图像加密方法存在加密效率低、安全性弱或容量有限等问题，提出了一种基于动态立体S盒和提升小波的多图像加密方法。主要贡献有：（1）建立了动态立体S盒，提高了随机性和安全性；（2）结合提升小波变换，实现了频域和空间域的双重加密保护；（3）该方法具有高效、安全和加密效果良好的特征，可有效保护图像内容网络传输和存储的安全。
附图说明
[0007]图1：基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密流程图；图2：原始图像集；图3：动态立体S盒示意图；图4：加密图像集。
具体实施方式
[0008]下面结合具体附图和实例对本专利技术的实施过程进一步详细说明。
[0009]图1是本方法的加密流程图。
[0010] 采用的编程软件为Matlab R2020a，选取图2所示的10幅大小为512
×
512的图像作为原始图像集。
[0011]步骤1：图像立方化：令10幅大小均为512
×
512的原始图像为I1, I2,
ꢀ…
, I
10
，按照特定的顺序将它们组合成一个大小为512
×
512
×
10的图像立方体C。
[0012]步骤2：提升小波变换：对C进行提升小波变换，得到C的频域矩阵C1，令C1的低频部分为V，其大小为512/2
×
512/2
×
10=655360。
[0013]步骤3：产生混沌序列：随机选取Logistic映射的初始值0.253和参数3.891，按照公式（1）迭代1000+655360次，丢掉前1000个值，可得一个长度为655360的混沌序列X={x
i
}；随机选取Logistic映射的初始值0.126和参数3.725，按照公式（1）迭代1000+256次，丢掉前1000个值，可得一个长度为256的混沌序列Y={y
i
}。
[0014]步骤4：低频置乱：利用公式（2）对X进行升序排序，其中，X1为索引值序列，X2为排序后的序列；利用X1和公式（3）对V中元素进行位置置乱操作，其中，x
i
(i)∈X1和V1={v
i
(i)}为置乱后的低频部分；将V1与C1的高频部分合并，可得频域矩阵C2。
[0015]步骤5：提升小波逆变换：对C2进行提升小波逆变换，可得置乱后的时域立方体C3。
[0016]步骤6：生成动态立体S盒：利用公式（4）对Y进行升序排序，其中，Y1为索引值序列，Y2为排序后的序列；利用公式（5）将Y1转化为一个8
×8×
4的三维矩阵，即动态立体S盒，如图3所示。
[0017]步骤7：立方体扩散：将C3中的每个像素值d用8位二进制表示d=d7d6d5d4d3d2d1d0，d<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于动态立体S盒和提升小波变换的多图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：图像立方化：令k幅大小均为m
×
n的原始图像为I1, I2,
ꢀ…
, I
k
，按照特定的顺序将它们组合成一个大小为m
×
n
×
k的图像立方体C；步骤2：提升小波变换：对C进行提升小波变换，得到C的频域矩阵C1，令C1的低频部分为V，其大小为m/2
×
n/2
×
k；步骤3：产生混沌序列：随机选取Logistic映射的初始值x0和参数μ1，按照公式（1）迭代1000+mnk/4次，丢掉前1000个值，可得一个长度为mnk/4的混沌序列X={x
i
}；随机选取Logistic映射的初始值y0和参数μ2，按照公式（1）迭代1000+256次，丢掉前1000个值，可得一个长度为256的混沌序列Y={y
j
}；X
t+1
=x
t
×
μ
×
(1
‑
x
t
)，
ꢀꢀꢀꢀ
（1）其中,μ∈(3.5699, 4)和x
t
∈(0, 1)；步骤4：低频置乱：利用公式（2）对X进行升序排序，[X2, X1]=sort (X)，
ꢀꢀꢀ
（2）其中，sort (
·
)是升序排序函数，X1为索引值序列，X...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，廖菁菁，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：