一种基于混沌映射的图像自适应置乱加密方法技术

本发明专利技术提出一种基于混沌映射的图像自适应置乱加密方法，本方法采用置乱

【技术实现步骤摘要】
一种基于混沌映射的图像自适应置乱加密方法


[0001]本专利技术涉及网络安全
，特别是指一种基于混沌映射的图像自适应置乱加密方法。

技术介绍

[0002]随着云计算技术的兴起和大数据时代的到来，私有数据的安全性引起了广泛关注。过去，人们通常使用文本记录和传输私人数据。因此，为了保护文本隐私数据的安全，一些经典的加密方案相继被提出，例如DES和AES。然而在大数据时代，人们通过图像记录和传输私人数据变得越来越普遍。但是，由于图像具有数据容量大、像素之间的相关性强等一系列特征，使得经典的文本加密方案不太适合保护图像中隐私数据的安全。所以，新的图像加密方法需要被提出。
[0003]混沌作为非线性动力系统的一种独特形式，具有独特的内部随机性、初始敏感性和不可预测性，因此非常适合应用于图像加密领域。尽管基于混沌系统的图像加密方法显示出较好的普适性，但现有的方法仍然存在一些可能的安全问题。这些安全问题主要来自两个方面：混沌系统和方法结构。首先，一些简单的混沌系统具有独特的混沌轨迹和离散的混沌区间，所以攻击者有可能使用一些技术来推断出系统的初始参数，从而影响加密方法的安全性。此外，当这些混沌系统应用于图像加密时，由于其具有离散的混沌区间，因此可能会在图像加密应用中发生混沌退化，从而导致加密方法变得不再安全；其次，一些图像加密方法的结构没有与原始图像信息相关联，因此黑客可能通过选择明文攻击等相关技术破解加密方法。
[0004]因此，针对现有的一些图像加密方法存在的这些缺点，研究一个更加安全的图像加密方法，成为一个需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种基于二维混沌映射的图像自适应置乱加密方法，利用具有连续混沌区间和复杂混沌表现的二维混沌映射，有效防止了混沌映射在加密应用中出现退化的问题；同时，二维混沌映射有效增大了加密方法的密钥空间，提高方法抵御暴力攻击的能力。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种基于混沌映射的图像自适应置乱加密方法，包括：
[0008]步骤S1、输入大小为M
×
N的原始灰度图像I；
[0009]步骤S2、密钥的更新：基于原始灰度图像I所含的像素信息，采用SHA
‑
512函数生成哈希值hash；然后利用初始密钥x0，y0，a0，b0和哈希值hash得到更新后的密钥x1，y1，a1，b1；
[0010]步骤S3、相关混沌序列与混沌矩阵的产生：采用更新后的密钥x1，y1，a1，b1代入混沌映射，得到两个混沌序列A1和A2，对生成的两个混沌序列A1和A2进行多次不同的处理，获得混沌序列A11,A22,A3,A4,A5,W1,W2和混沌矩阵S1,S2；
[0011]步骤S4、图像交互扩散：将原始灰度图像I中每个像素按十六进制分解，得到两个图像矩阵P1和P2；基于获得的混沌矩阵S1和S2，对P1和P2进行交互扩散加密操作，得到两个加密图像CP1和CP2；
[0012]步骤S5、图像自适应选择置乱：基于混沌序列A11,A22,A3,A4,A5；首先使用混沌序列A11,A22,A3,A4结合图像CP2对图像CP1进行随机的行/列置乱得到置乱图像CP11；然后使用混沌序列A11,A22,A3,A5结合图像CP11对图像CP2进行随机的行/列置乱得到置乱图像CP22；最后重新结合CP11和CP22得到一个加密图像C；
[0013]步骤S6、图像双向相继扩散：基于混沌序列W1对加密图像C进行顺向相继扩散得到扩散数组B；然后，基于混沌序列W2对扩散数组B进行逆向相继扩散得到最终的加密图像ENC。
[0014]具体地，步骤S2中密钥更新的具体方法为：采用SHA
‑
512对原始灰度图像像素信息进行加密得到512位的哈希值hash，然后将hash划分为128个字节并表示为：k1，k2，k3，...，k
128
，最后结合初始密钥获得更新后的密钥为：
[0015][0016]其中，mean{k1，k2}表示求k1，k2的平均值，sum{k1，k2}表示求k1，k2的和，mod表示取模操作。
[0017]具体地，步骤S3中采用更新后的密钥x1，y1，a1，b1代入混沌映射，得到两个混沌序列A1和A2，基本数学表达式为：
[0018][0019]其中，β＝10是混沌映射的调节参数，a∈[0，1]和b∈[0，1]是系统的参数，x
n
和y
n
表示第n次迭代值。
[0020]具体地，步骤S3中对生成的两个混沌序列A1和A2进行多次不同的处理，获得混沌序列A11,A22,A3,A4,A5,W1,W2和混沌矩阵S1,S2，获得的方法具体为：首先代入更新密钥x1，y1，a1，b1到混沌映射中，迭代此映射1000+M+2N+MN次，然后舍弃前1000项得到两个混沌序列A1和A2；
[0021][0022]然后经过不同的处理得到混沌序列和混沌矩阵分别为：
[0023][0024]其中，A1(1：MN)表示取A1中第一个元素到第MN个元素之间的所有元素，floor表示向下取整函数，reshape(A，[M，N])表示将A重构为一个M
×
N的数组，[～，X]＝sort(K)表示对K中的元素升序排列，返回值X是一个索引序列，它表示排序后元素在K中的位置索引。
[0025]具体地，步骤S4所述的图像交互扩散加密的方法为：首先使用图像P1,P2和混沌矩阵S2进行模运算操作得到加密图像CP2,再将图像CP2的每个像素和图像P2的每个像素进行异或运算得到中间加密图像NP，最后使用中间加密图像NP,加密图像CP2和混沌矩阵S1进行模运算加密得到加密图像CP1，公式如下所示：
[0026][0027]其中bitxor表示按位异或。
[0028]具体地，步骤S5所述的图像自适应选择置乱的方法为：首先对CP1图像进行置乱，其中混沌序列A3用来选择置乱的模式与位置，当A3的值大于M时选择列置乱，其余的选择行置乱；然后对选择的行或者列进行循环移位操作，其中混沌序列A5，A11，A22和图像CP2用来确定每次移位的位数，具体公式如下：
[0029][0030]最终置乱结束得到图像CP11；其中A3(i)表示A3中的第i个元素，circshift(A，K)表示循环将A中的元素平移K个位置，CP1(A3(i)，：)表示取CP1的第A3(i)行元素，CP1(：，j)表示取CP1的第j列元素；然后，按照类似的方法对图像CP2进行自适应置乱，这时混沌序列A4用来选择置乱的模式与位置，混沌序列A5，A11，A22和图像CP11用来确定每次移位的位数，具体公式表示如下：
[0031][0032]最终置乱结束得到图像CP22。最后，重新结合图像CP11和CP22得到最终加密图像C；
[0033]C＝CP11
×
1+CP22。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混沌映射的图像自适应置乱加密方法，其特征在于，包括：步骤S1、输入大小为M
×
N的原始灰度图像I；步骤S2、密钥的更新：基于原始灰度图像I所含的像素信息，采用SHA
‑
512函数生成哈希值hash；然后利用初始密钥x0，y0，a0，b0和哈希值hash得到更新后的密钥x1，y1，a1，b1；步骤S3、相关混沌序列与混沌矩阵的产生：采用更新后的密钥x1，y1，a1，b1代入混沌映射，得到两个混沌序列A1和A2，对生成的两个混沌序列A1和A2进行多次不同的处理，获得混沌序列A11,A22,A3,A4,A5,W1,W2和混沌矩阵S1,S2；步骤S4、图像交互扩散：将原始灰度图像I中每个像素按十六进制分解，得到两个图像矩阵P1和P2；基于获得的混沌矩阵S1和S2，对P1和P2进行交互扩散加密操作，得到两个加密图像CP1和CP2；步骤S5、图像自适应选择置乱：基于混沌序列A11,A22,A3,A4,A5；首先使用混沌序列A11,A22,A3,A4结合图像CP2对图像CP1进行随机的行/列置乱得到置乱图像CP11；然后使用混沌序列A11,A22,A3,A5结合图像CP11对图像CP2进行随机的行/列置乱得到置乱图像CP22；最后重新结合CP11和CP22得到一个加密图像C；步骤S6、图像双向相继扩散：基于混沌序列W1对加密图像C进行顺向相继扩散得到扩散数组B；然后，基于混沌序列W2对扩散数组B进行逆向相继扩散得到最终的加密图像ENC。2.如权利要求1所述的加密方法，其特征在于，步骤S2中密钥更新的具体方法为：采用SHA
‑
512对原始灰度图像像素信息进行加密得到512位的哈希值hash，然后将hash划分为128个字节并表示为：k1，k2，k3，
…
，k
128
，最后结合初始密钥获得更新后的密钥为：其中，mean{k1，k2}表示求k1，k2的平均值，sum{k1，k2}表示求k1，k2的和，mod表示取模操作。3.如权利要求1所述的加密方法，其特征在于，步骤S3中采用更新后的密钥x1，y1，a1，b1代入混沌映射，得到两个混沌序列A1和A2，基本数学表达式为：其中，β＝10是混沌映射的调节参数，a∈[0，1]和b∈[0，1]是系统的参数，x
n
和y
n
表示第n次迭代值。4.如权利要求1所述的加密方法，其特征在于，步骤S3中对生成的两个混沌序列A1和A2进行多次不同的处理，获得混沌序列A11,A22,A3,A4,A5,W1,W2和混沌矩阵S1,S...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐加能，黄种明，张泽宗，陈培阳，张烽，倪晖，黄婷婷，郑超英，
申请(专利权)人：福建毫米电子有限公司，
类型：发明
国别省市：