一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法技术

本发明专利技术涉及通信技术领域，更具体地说，它涉及一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法，其技术方案要点是，包括以下步骤：S1、使用2D

【技术实现步骤摘要】
一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法


[0001]本专利技术涉及通信
，更具体地说，它涉及一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法。

技术介绍

[0002]随着当今科技的发展，人们生活的各个方面都实现了信息化。作为信息时代的媒介，图像可以直接传达人们想要表达的信息。信息技术在个人隐私、医学和社交领域的影响越来越大，一旦图像中的重要信息被攻击者截取或篡改，所造成的损失不可忽视。因此，保护未经授权访问数字图像的内容非常重要，为保证数字图像的安全性，研究人员提出了许多技术，例如图像加密。
[0003]一般来说，图像加密算法主要分为置乱和扩散两部分。置换改变像素的位置，其主要目的是打破图像相邻像素之间的相关性。扩散则以特定方式改变每个像素的像素值，以达到保护图像信息的目的，从本质上讲，扩散是改变像素值的过程。而混沌系统具有伪随机性、初值敏感性、参数敏感性和不可预测性等特点，可以应用于图像加密领域。将混沌系统迭代产生的混沌序列参与到置乱和扩散过程，从而提高加密系统的安全性和效率。由于混沌系统的特点与图像加密技术的高适配性，混沌图像加密技术也逐渐被研究人员关注。
[0004]随着对混沌图像加密技术的深入研究，许多与其它技术相结合的混合式混沌图像加密方案已成为当下的研究重点。这些技术包括DNA编码、频率变换、压缩感知等。虽然这些方法取得很好的效果，但是并没有很好的体现出加密过程的动态性和灵活性。
[0005]为了使混沌图像加密算法具有动态性和灵活性，一些具有平行结构的加密环节被考虑在置换和扩散结构中。Yin提出一种基于广度优先搜索和动态扩散的混沌图像加密方案；Li提出一种具有轨道扰动和动态状态变量选择机制的混沌图像加密方法；Meysam提出一种基于混沌映射和动态函数生成多项式组合的混沌图像加密算法；Wu提出一种明文相关的动态密钥混沌图像加密方法。这些方案都是采用局部环节动态，并没有从整体的角度体现混沌图像加密的全局动态性。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法，具有灵活性强和选择性多的优点。
[0007]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法，包括以下步骤：
[0008]S1、使用2D
‑
LSM混沌系统生成本加密方法所用上的混沌序列；
[0009]S2、通过光栅扫描将图像展开为一维数组；
[0010]S3、对所述图像进行动态DAN编码，将所述一维数组转为DNA矩阵；
[0011]S4、对所述DNA矩阵进行动态置换，获得置换图像；
[0012]S5、对所述置换图像进行DNA解码，获得DNA解码矩阵；
[0013]S6、对所述DNA解码矩阵进行动态扩散加密，获得加密图像；
[0014]S7、将所述加密图像作为初始图像重复步骤S2
‑
S7进行重复加密。
[0015]在其中一个实施例中，所述步骤S1包括以下步骤：
[0016]S11、生成长度分别为L
a
＝4L和L
b
＝L的伪随机序列；
[0017]其中，L＝M
×
N为所述M
×
N尺寸大小的图像的像素总数。
[0018]在其中一个实施例中，所述步骤S11包括以下步骤：
[0019]S111、预迭代由Hua等人提出的2D
‑
LSM混沌系统N0＝800次，以防止瞬态效应，迭代表达式为
[0020][0021]其中，h,w∈(0.2,0.3)和α,β∈[1,100]分别为2D
‑
LSM混沌系统的状态参数和控制参数，h(i+1)和w(i+1)代表第i+1次迭代，初始值{h1(0),w1(0),α1,β1}作为第一组密钥，初始值{h2(0),w2(0),α2,β2}作为第二组密钥，由加密者设定；
[0022]S112、将所述第一组和所述第二组密钥待入2D
‑
LSM混沌系统，分别迭代L
a
和L
b
次，将所述第一组密钥迭代得到的第一组当前状态变量值和将第二组密钥迭代得到的第二组当前状态变量值和
[0023]S113、对所述第一组状态变量值和进行量化后依次放入一维混沌序和中，a(i)和b(i)的数学表达式为
[0024][0025]其中，mod(g)为取模操作，fix(g)函数是向最靠近零方向取整，i＝1,2,3,K,4L；
[0026]对所述第二组当前状态变量值和并将和转换成和经过量化并重构为二维矩阵得到混沌序列和x(i,j)和y(i,j)数学表达式如下
[0027][0028]其中，mod(g)为取模操作，fix(g)函数是向最靠近零方向取整，i＝1,2,3,K,M；j＝1,2,3,K,N。
[0029]在其中一个实施例中，所述步骤S2中的所述一维数组记为
[0030]在其中一个实施例中，将所述一维数组P中的每个像素分为四个两位比特对，记为每两个所述比特对根据所述2D
‑
LSM混沌系统产生的所述混沌序列来动态选取；
[0031]根据所述混沌序列的值对的每一个两位比特对进行动态选择
八种规则DNA编码的其中一种，将数字矩阵转为DNA矩阵后重构为二维矩阵
[0032]在其中一个实施例中，所述步骤S4包括以下步骤：
[0033]S41、通过公式R
S
＝mod(i(1)+i(4N)+i(4M
×
N
‑
1)+i(4M
×
N),4)计算R
S
的值，式中DNA符号按“A＝00，G＝01，C＝10，T＝11”赋值进行加法运算，mod(g)为取模操作；
[0034]根据所述R
S
＝{0,1,2,3}的值来动态选择图2中a、b、c和d图所述对DNA矩阵所执行置换规则；
[0035]将置换后的图像记为
[0036]在其中一个实施例中，所述步骤S5具体为：
[0037]将置乱后图像S按光栅扫描顺序根据序列中对应的值来实现动态DNA解码规则的选择，将4个符号合并为一个像素，重塑结构成M行N列的得到DNA解码矩阵
[0038]在其中一个实施例中，所述步骤S6包括以下步骤：
[0039]S61、记扩散后图像为将扩散规则矩阵记为R
D
＝r(i,j)(i＝0,1,2,K,M；j＝0,1,2,K,N)；
[0040]根据公式计算不同像素位置所对应的R
D
值；
[0041]S62、根据所述R
D
的值动态选择该位置执行的扩散等式，扩散后图像的元素d(i,j)数学表达式如下
[0042][0043]式中，
[0044]上述一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法，具有以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、使用2D
‑
LSM混沌系统生成本加密方法所用上的混沌序列；S2、通过光栅扫描将图像展开为一维数组；S3、对所述图像进行动态DAN编码，将所述一维数组转为DNA矩阵；S4、对所述DNA矩阵进行动态置换，获得置换图像；S5、对所述置换图像进行DNA解码，获得DNA解码矩阵；S6、对所述DNA解码矩阵进行动态扩散加密，获得加密图像；S7、将所述加密图像作为初始图像重复步骤S2
‑
S7进行重复加密。2.根据权利要求1所述的一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11、生成长度分别为L
a
＝4L和L
b
＝L的伪随机序列；其中，L＝M
×
N为所述M
×
N尺寸大小的图像的像素总数。3.根据权利要求2所述的一种基于全局动态选择的混沌图像加密方法，其特征在于，所述步骤S11包括以下步骤：S111、预迭代由Hua等人提出的2D
‑
LSM混沌系统N0＝800次，以防止瞬态效应，迭代表达式为其中，h(i),w(i)∈[0,1]和α,β∈[1,100]分别为2D
‑
LSM混沌系统的状态参数和控制参数，h(i+1)和w(i+1)代表第i+1次迭代，初始值{h1(0),w1(0),α1,β1}作为第一组密钥，初始值{h2(0),w2(0),α2,β2}作为第二组密钥，由加密者设定；S112、将所述第一组和所述第二组密钥待入2D
‑
LSM混沌系统，分别迭代L
a
和L
b
次，将所述第一组密钥迭代得到的第一组当前状态变量值和将第二组密钥迭代得到的第二组当前状态变量值和S113、对所述第一组当前状态变量值和得到整数混沌序列和a(i)和b(i)数学表达式如下其中，mod(g)为取模操作，fix(g)函数是向最靠近零方向取整，i＝1,2,3,K,4L；对所述第二组当前状态变量值和并将和转换成和经过...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈信，王倩雪，黄逸阳，范林烽，禹思敏，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：