基于四进制循环移位的图像加密方法技术

随着网络技术的飞速发展，网络信息传输安全问题愈发重要。为解决图像内容的网络传输和存储安全问题，提出了一种基于四进制循环移位的图像加密方法。本方法采用传统置乱

【技术实现步骤摘要】
基于四进制循环移位的图像加密方法


[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]如今，计算机和网络技术的高速发展给人们的生活带来了翻天覆地的变化，各种数字信息被广泛地应用、传播。其中，多媒体信息特别是数字图像的应用场景涉及很多领域。图像可以承载很多隐私信息，而军事、商业等特殊领域的图像信息更是对保密性有很高的要求。由于图像在网络中传输容易被攻击者非法攻击，导致这些信息泄露和篡改，面临巨大的威胁。因此，图像加密已成为学术界和工业界的热点问题。
[0003]数字图像具有直观、生动、形象、信息量大、像素相关性高和冗余度高等特征。为保障图像内容的网络存储和传输安全，人们提出了多种图像加密方法。然而，目前的图像加密方法往往存在加密容量有限、加密效率低或安全性弱等问题。
[0004]为保护图像网络传输和存储的安全，定义了四种循环移位扩散方法，在四进制中进行变换，提出了一种基于四进制循环移位扩散的图像加密方法。该方法随机选择一种循环移位方法进行扩散操作，提高了加密方法的效率和安全性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的：针对现有的图像加密方法存在加密容量有限、加密效率低或安全性弱等问题，提出一种基于四进制循环移位扩散的图像加密方法。
[0006]本专利技术的技术方案：为实现上述专利技术目的，采用的技术方案为基于四进制循环移位扩散的图像加密方法，令发送方为Alice，接收方为Bob；Alice的加密步骤详述如下：1. 基于四进制循环移位的图像加密方法，其特征在于，加密过程如下：步骤1：生成混沌序列：令原始图像P1，其大小为m
×
n，随机选取Logistic映射的初始值x0和控制参数u1，以及初始值y0和控制参数u2，利用公式（1）分别迭代1000+mn次并抛弃前1000个序列值，可得两个长度均为mn的混沌序列X={x
i
}和Y={y
i
}；x
n+1
=u(1
ꢀ‑ꢀ
x n
)
×
x
n
，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中，迭代值x
n
∈(0, 1)，控制参数u∈(3.57, 4]；步骤2：混沌序列整数化：计算，z
i
=mod(floor(y
i
×
10
14
), 4)，i=1, 2, ..., mn，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）其中，y
i
∈Y，mod(
·
)为取模运算函数，floor(
·
)为向下取整函数；可产生一个长度为mn的整数混沌序列Z={z
i
}；步骤3：混沌序列排序：利用公式（3）对X进行排序，[C, S] = sort(X)，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（3）其中，sort(
·
) 是升序排序函数，C是排序后的新混沌序列，S为索引向量；步骤4：图像置乱：将P1转化成一个大小为mn的向量P2，利用S和公式（4）改变P2中的元素位置，可得一个长度为mn的置乱向量P3，
p
3i = p
2si
，i=1, 2,
ꢀ…
, mn，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）其中，P2={ p
2i }，P3={ p
3i }，s
i
∈S ；步骤5：十进制转四进制：将P3中每个十进制像素值转化成4位四进制数表示，可得一个长度为mn的四进制向量P
4 ={ p
4i }；步骤6：图像扩散：利用z
i
∈Z的不同取值，定义公式（5）所示的4种循环移位方式，令a
i1
, a
i2
, a
i3
和 a
i4
分别为p
4i
的四进制位，，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）对P4中所有像素值进行四进制循环移位操作，可得一个长度为mn的扩散向量P5={ p
5i }；步骤7：四进制转十进制：将P5中每4位四进制数转成十进制像素值，可得一个大小为mn的向量P6，再将P6转换成一个大小为m
×
n的矩阵，即为加密图像。
[0007]在解密过程中，利用相同的混沌序列对加密图像P5进行解密操作，可恢复出原始图像P1；Bob的解密过程是Alice加密的逆过程。
[0008]有益效果：本专利技术针对目前的图像加密方法存在的加密容量有限、加密效率低或安全性弱等问题，提出一种基于四进制循环移位扩散的图像加密方法。主要贡献有以下3点：（1）定义了循环移位扩散选择函数，给出四种循环移位方式，随机选择一种，在四进制中进行变换实现循环移位扩散，以达到改变像素值大小的目的，解决了一般扩散方法（比如异或操作）变换方式单一的问题；（2）基于定义的循环移位扩散选择函数，提出了一种基于四进制循环移位扩散的图像加密方法；（3）实验结果和方法分析表明：新方法加密效果良好，安全性强且高效，可实现图像内容的网络传输和存储安全。
附图说明
[0009]图1：基于四进制循环移位扩散的图像加密流程图；图2：原始图像；图3：加密图像。
具体实施方式
[0010]图1是基于四进制循环移位扩散的图像加密流程图。
[0011]采用的编程软件为Matlab R2019b，任意选取图2所示的灰度图像P1作为原始图像。采用提出的基于四进制循环移位扩散的图像加密方法，Alice的加密过程详述如下。
[0012]步骤1：生成混沌序列：令原始图像P1，其大小为512
×
512，随机选取Logistic映射的初始值x
10
=0.85和y
10
=0.67与控制参数u1=3.71和u2=3.83，利用公式（1）分别迭代1000+512
×
512次并抛弃前1000个序列值，可得两个长度为512
×
512的混沌序列X1={x
1i
}和Y1={y
1i
}，i=1, 2, ..., 262144。
[0013]步骤2：混沌序列整数化：按公式（2）对y
1i
进行计算，产生长度为512
×
512的整数混
沌序列Y2={y
2j
}。
[0014]步骤3：图像置乱：将P1转化成一维向量P2，然后利用公式（3）中sort函数排序，改变矩阵的像素位置，可得长度为512
×
512的置乱后的向量P3。
[0015]步骤4：十进制转四进制：将P3中每个十进制像素值转化成4位四进制数表示，可得一个长度为512
×
512的四进制向量P
4 ={ p
4i }。
[0016]步骤5：图像扩散：利用z
i
∈Z的不同取值，定义本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于四进制循环移位的图像加密方法，其特征在于，加密过程如下：步骤1：生成混沌序列：令原始图像P1，其大小为m
×
n，随机选取Logistic映射的初始值x0和控制参数u1，以及初始值y0和控制参数u2，利用公式（1）分别迭代1000+mn次并抛弃前1000个序列值，可得两个长度均为mn的混沌序列X={x
i
}和Y={y
i
}；x
n+1
=u(1
ꢀ‑ꢀ
x n
)
×
x
n
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）其中，迭代值x
n
∈(0, 1)，控制参数u∈(3.57, 4]；步骤2：混沌序列整数化：计算，z
i
=mod(floor(y
i
×
10
14
), 4)，i=1, 2, ..., mn，
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）其中，y
i
∈Y，mod(
·
)为取模运算函数，floor(
·
)为向下取整函数；可产生一个长度为mn的整数混沌序列Z={z
i
}；步骤3：混沌序列排序：利用公式（3）对X进行排序，[C, S] = sort(X)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
...

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