基于2D-Chebyshev混沌映射的位级图像加密方法技术

本发明专利技术提出了一种基于2D

【技术实现步骤摘要】
基于2D
‑
Chebyshev混沌映射的位级图像加密方法


[0001]本专利技术属于数字图像加密算法
，具体涉及一种基于2D
‑
Chebyshev混沌映射的位级图像加密方法。

技术介绍

[0002]随着数字技术的快速发展和互联网的普及，越来越多的多媒体数据在互联网中广泛传播。然而由于网络的可访问性和共享性，导致多媒体数据在传输时，泄露大量重要信息。在众多多媒体信息中，包含大量可视化信息的数字图像是传输多媒体数据的重要工具，因此针对数字图像冗余度高、数据量大、相邻像素相关性强等特殊性质，如何设计高效的图像加密方法以保证图像信息安全成为研究热点。混沌系统因其具有初值敏感性、不可预测性以及伪随机性等特点，被广泛应用于图像加密领域。
[0003]基于一维混沌系统的图像加密方法，混沌行为简单，通过暴力攻击可以进行破解。基于高维的混沌系统虽然具有复杂的混沌行为，其混沌轨迹难以预测，但高维系统计算成本高、耗能高。安全性较高的混沌图像加密方法还需要具有良好的抵抗统计攻击、差分攻击等典型攻击的能力。

技术实现思路

[0004]基于上述问题，本专利技术提出一种基于2D
‑
Chebyshev混沌映射的位级图像加密方法，包括：
[0005]步骤1：获取待加密图像，利用SHA
‑
256函数，计算获得加密密钥，然后将所述密钥作为混沌序列的初始值；
[0006]步骤2：将上述初始值和给定控制参数代入一个2D
‑
Chebyshev混沌映射，得到混沌序列X1和Y1，所述2D
‑
Chebyshev混沌映射是对1D
‑
Chebyshev映射和Fuch映射进行耦合，然后将一维扩展到二维来产生输出；
[0007]步骤3：将所述待加密图像的像素值按照按位进制转换方法，转换为十二位的二进制像素序列，然后将其转换为十进制数，得到加密矩阵F；
[0008]步骤4：利用所述混沌序列X1对所述矩阵F进行整体置乱，得到加密矩阵E；
[0009]步骤5：将所述矩阵E的每个十进制值转换为二进制像素序列，然后按照上述按位进制转换方法，将其按位转换为十进制数，得到加密矩阵R；
[0010]步骤6：对所述混沌序列X1和Y1进行mod取余，得到混沌序列x'和y'；
[0011]步骤7：将所述加密矩阵R按Zig
‑
Zag顺序扫描成一维矩阵U，然后通过异或操作，得到一维矩阵V，将矩阵V重构为二维矩阵，得到加密图像。
[0012]进一步地，所述步骤1具体为：
[0013]获取大小为M
×
N的待加密图像，其中M，N均为正整数，待加密图像经过SHA
‑
256哈希函数的映射，生成256位的外部密钥，将其表示为64个2位十六进制数组成的数组H，并将H中的元素转化为十进制数，即d1，d2，
…
，d
64
，将其分为8组，每一组包含8个数值，即h1，h2，
…
，
h8，将第1组、第3组、第5组与第7组的数值分别进行异或，得到包含8个数值的中间数组h0，即h0＝h1⊕
h3⊕
h5⊕
h7，再将h0与剩余4个数组求和的结果相加，作为混沌系统的初始值x0，将第2组、第4组、第6组与第8组的数值分别进行异或，得到包含8个数值的中间数组h0'，即h0'＝h2⊕
h4⊕
h6⊕
h8，再将h0'与剩余4个数组求和的结果相加，作为混沌系统的初始值y0，根据下式计算2D
‑
Chebyshev的迭代初始值x0，y0：
[0014][0015]进一步地，所述步骤2具体为：
[0016]所述2D
‑
Chebyshev混沌映射的数学模型具体为：
[0017][0018]其中a和k为控制参数，且k∈[0.2,100]，a＝8.98时，2D
‑
Chebyshev具有混沌行为；
[0019]所述步骤2中，将所述初始值代入一个混沌映射2D
‑
Chebyshev，得到混沌序列X1和Y1，具体为：基于所述混沌映射的给定参数a和k，迭代初始值x0和y0，迭代所述2D
‑
Chebyshev混沌映射M
×
N+1000次，得到混沌序列x和y，然后舍弃序列x和y的前1000项，修正为长度M
×
N的混沌序列X1和Y1。
[0020]进一步地，所述步骤3具体为：
[0021]将大小为M
×
N的待加密图像I的每个像素值，按位进行进制转换：对十进制像素值的每一位分别转换成四位二进制数，将其合并为十二位二进制数后，直接转换为十进制，将得到矩阵F。
[0022]进一步地，所述步骤5具体为：
[0023]将加密矩阵E的每个十进制值转换为十二位二进制序列，然后对每个序列从左向右，每四位转换成一个十进制数后，将其合并为新的十进制数，得到的加密矩阵R。
[0024]进一步地，所述步骤6具体为：
[0025]根据下式将所述混沌序列X1和Y1分别映射到0
‑
255范围内的整数，得到混沌序列x'和y'：
[0026][0027]进一步地，所述步骤7具体为：
[0028]将加密矩阵R按Zig
‑
Zag顺序扫描成一维矩阵U，然后与混沌序列x'和y'以及相邻像素间进行异或操作，结果保存在一维矩阵V中：
[0029][0030]将一维矩阵V重构为二维矩阵，得到加密图像。
[0031]本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术提出了一种基于2D
‑
Chebyshev混沌映射的位级图像加密方法，首先利用1D
‑
Chebyshev映射和Fuch映射进行耦合，然后将一维扩展到二维来产生输出，得到2D
‑
Chebyshev混沌映射。相对于一维的混沌系统，2D
‑
Chebyshev混沌映射有效提高了混沌系统的复杂性，增强了密钥序列的随机性，使混沌系统的参数范围得到极大地扩展，有效提升加密系统的安全性。通过引入多个控制参数和扩展维数，增加混沌系统密钥个数，扩大了密钥空间，使得该算法能够较好的抵抗暴力攻击。通过相邻像素异或，将像素的微小变化扩大到整个图像，有效提高加密系统抵抗差分攻击的能力。
[0033]上述说明是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚本专利技术的技术手段、实施过程、目的和优点，以下举例说明本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0034]图1为本专利技术中基于2D
‑
Chebyshev混沌映射的位级图像加密方法的流程示意图。
[0035]图2为本专利技术中对密文图像进行解密的流程示意图。
[0036]图3为本专利技术中实验图像的明文图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于2D
‑
Chebyshev混沌映射的位级图像加密方法，其特征在于，包括：步骤1：获取待加密图像，利用SHA
‑
256函数，计算获得加密密钥，然后将所述密钥作为混沌序列的初始值；步骤2：将上述初始值和给定控制参数代入一个2D
‑
Chebyshev混沌映射，得到混沌序列X1和Y1，所述2D
‑
Chebyshev混沌映射是对1D
‑
Chebyshev映射和Fuch映射进行耦合，然后将一维扩展到二维来产生输出；步骤3：将所述待加密图像的像素值按照按位进制转换方法，转换为十二位的二进制像素序列，然后将其转换为十进制数，得到加密矩阵F；步骤4：利用所述混沌序列X1对所述矩阵F进行整体置乱，得到加密矩阵E；步骤5：将所述矩阵E的每个十进制值转换为二进制像素序列，然后按照上述按位进制转换方法，将其按位转换为十进制数，得到加密矩阵R；步骤6：对所述混沌序列X1和Y1进行mod取余，得到混沌序列x
′
和y
′
；步骤7：将所述加密矩阵R按Zig
‑
Zag顺序扫描成一维矩阵U，然后通过异或操作，得到一维矩阵V，将矩阵V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1具体为：获取大小为M
×
N的待加密图像，其中M，N均为正整数，待加密图像经过SHA
‑
256哈希函数的映射，生成256位的外部密钥，将其表示为64个2位十六进制数组成的数组H，并将H中的元素转化为十进制数，即d1，d2，...，d
64
，将其分为8组，每一组包含8个数值，即h1，h2，...，h8，将第1组、第3组、第5组与第7组的数值分别进行异或，得到包含8个数值的中间数组h0，即即再将h0与剩余4个数组求和的结果相加，作为混沌系统的初始值x0，将第2组、第4组、第6组与第8组的数值分别进行异或，得到包含8个数值的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周衍庆，葛斌，李涵，葛国庆，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：