基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法，提出使用一维分数阶正弦混沌系统进行加密，不仅拥有低维混沌系统运算速度快的特点，同时其密钥总数和相应的密钥空间可以达到和高维混沌系统同样的效果，更重要的是本发明专利技术构造的分数正弦混沌系统无周期窗口，进一步提高了系统的安全性。进一步提高了系统的安全性。进一步提高了系统的安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法


[0001]本专利技术涉及一种基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法。

技术介绍

[0002]传统的l og i st i c混沌系统，维数低，运算速度快，但是密钥参数少，密钥空间小，且存在周期窗口，安全性低。本专利技术利用随机种子和分数阶正弦混沌系统设计图像加密算法，不仅保留了维数低，运算速度快的特点，而且密钥参数多，密钥空间大，同时克服了l ogi st i c混沌系统存在周期窗口的缺陷。因此，利用分数阶正弦混沌系统实现对明文图像进行加密，比传统l ogi st i c混沌系统进行加密具有更好的安全性。
[0003]随着互联网技术的发展，以及大数据，区块链的出现，信息安全领域受到越来越多的关注。信息的私密性和安全性引起人们的广泛关注。传统的低维混沌加密系统，虽然运算速度快，但其密钥个数少、密钥空间较小，抗攻击能力差，安全性不高。而高维的混沌加密系统虽然增加了密钥个数，从某种程度上提升了密钥空间，但其维数高，运算速度慢，提高了在实际运用过程中的成本。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法，旨在解决以上现有技术存在的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1:读取明文图像P
M
×
N
，M
×
N是明文图像的大小,并导入Python的hashlib库，并调用其中的HASH函数MD5作用于明文图像上，获得长度为256的比特流串B0；
[0008]步骤S2:将比特流串B0分割为两个长度为128的比特流串B1和B2,然后通过B1和B2的异或运算获得长度为128的比特流串B3，并设B3＝k
1 k
2 k
3....
k
127 k
128
,这里k
i
＝0或1(i＝1,2,
…
,128.)；
[0009]步骤S3:定义列表S01＝[0,2,3,
…
,255],然后用比特流串B3作为随机种子用random库中的置乱函数shuffle，使对列表S01进行置乱，从而获得序列S1；
[0010]步骤S4:基于分数阶正弦混沌系统，构造加密系统密钥μ
02
,α
02
,r
02
,x
02
；
[0011]步骤S5:根据序列S1分别对明文图像P的行像素和列像素进行置乱，获得密文图像C1；
[0012]步骤S6:构造像素替换矩阵S；
[0013]步骤S7：根据密文图像C1和像素替换矩阵S，进行明文像素值替换，获得密文C2；
[0014]步骤S8:将密文C2与S2进行异域运算，从而获得最终密文图像C。
[0015]进一步的，所述步骤S4具体为：设置混沌系统的初始参数值为μ
01
,α
01
,r
01
,x
01
，同时从比特流串B3中选取4组任意长度的连续比特流，并将其转化为10进制整数，然后结合系统的初始参数值构造加密系统的初始密钥μ
02
,α
02
,r
02
,x
02
,其构造方法如下：
[0016][0017]把初始参数μ
02
,α
02
,r
02
,x
02
代入新的分数阶正弦混沌系统：
[0018][0019]通过迭代1000+M*N次生成一个混沌序列S02，删除混沌序列的前1000数据以消除初态消应，然后取出每个数值的前10位有效数字，通过与256取余运算，获一个由0
‑
255之间的整数组成的长度为M
×
N的混沌序列S2。
[0020]进一步的，所述步骤S6具体为:使用reshape函数作用于序列S1，获得16*16像素替换矩阵S。
[0021]进一步的，所述步骤S7具体为：首先把图像C1中像素值C1(i,j)转化为8位二进制数，然后把这个二进制数平均分成两部分，把这两部分转换成两个十进制数m,n,用S中位于(m,n)位置的数值S(m,n)替换C1(i,j)，获得密文C2。
[0022]一种基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密系统，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，具体执行如上所述的基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法中的步骤。
[0023]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术利用明文HASH值构造加密系统的密钥参数，提出的加密方案对明文图像有很强的敏感度，能有效抵抗已知明文的攻击；
[0025]2、本专利技术使用的混沌系统是一维分数阶正弦混沌系统，维数低，加密操作计算效率高，节省计算资源；
[0026]3、本专利技术使用的正弦混沌系统无周期窗口，其安全性比分数阶Logi st i c系统更为优良，进一步增加了加密系统的安全性
[0027]4、本专利技术使用的混沌系统拥有多个密钥参数个数，密钥空间大，安全性高，可以有效抵抗各种攻击。
附图说明
[0028]图1是本专利技术加密流程图；
[0029]图2是本专利技术解密流程图；
[0030]图3是本专利技术明文图像经过加密的获得密文图像，(a)明文图像；(b)密文图像。
具体实施方式
[0031]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0032]请参照图1，本专利技术提供一种基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法，包括以下步骤：
[0033]步骤S1:读取明文图像P
M
×
N
，M
×
N是明文图像的大小,并导入Python的hashlib库，
并调用其中的HASH函数MD5作用于明文图像上，获得长度为256的比特流串B0；
[0034]步骤S2:将比特流串B0分割为两个长度为k的比特流串B1和B2,然后通过B1和B2的异或运算获得长度为128的比特流串B3，设B3＝k
1 k2k
3....
k
127
k
128
,这里k
i
＝0或1(i＝1,2,
…
,128.)；
[0035]步骤S3:定义列表S01＝[0,2,3,
…
,255],然后用比特流串B3作为随机种子，使用random库中的置乱函数shuffle对列表S01进行置乱，从而获得序列S1；
[0036]步骤S4:基于混沌系统，构造加密系统密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1:读取明文图像P
M
×
N
，M
×
N是明文图像的大小,并导入Python的hashlib库，并调用其中的HASH函数MD5作用于明文图像上，获得长度为256的比特流串B0；步骤S2:将比特流串B0分割为两个长度为128的比特流串B1和B2,然后通过B1和B2的异或运算获得长度为128的比特流串B3，并设B3＝k
1 k
2 k3....k
127 k
128
,k
i
＝0或1，i＝1,2,
…
,128；步骤S3:定义列表S01＝[0,2,3,
…
,255],然后用比特流串B3作为随机种子，使用random库中的置乱函数shuffle对列表S01进行置乱，从而获得序列S1；步骤S4:基于分数阶正弦混沌系统，构造加密系统密钥μ
02
,α
02
,r
02
,x
02
；步骤S5:根据序列S1分别对明文图像P的行像素和列像素进行置乱，获得密文图像C1；步骤S6:构造像素替换矩阵S；步骤S7：根据密文图像C1和像素替换矩阵S，进行明文像素值替换，获得密文C2；步骤S8:将密文C2与混沌序列S2进行异域运算，从而获得最终密文图像C。2.根据权利要求1所述的基于随机种子和分数阶正弦混沌系统的图像加密方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：设置混沌系统的初始参数值为μ
01
,α
01
,r
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝俊灵，
申请(专利权)人：厦门大学嘉庚学院，
类型：发明
国别省市：