【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息安全领域，具体为一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法。
技术介绍
1、随着通信网络和和互联网技术的快速进步，海量数据通过网络得到迅速传输和扩散。智能化的信息技术越来越深入地影响了到人们日常生活的方方面面，在数据共享的过程中存在信息被窃取、攻击等隐患。数据安全的问题无处不在，涉及到各个行业。一旦数据被非法获取、截取、修改、恶意传播，就会给个人、企业、社会乃至国家带来严重的危害。近年来，国家对信息安全问题高度重视，相继提出相关法案。
2、信息传递可以通过多种方式实现，包括但不限于手势、文本、声音、图像和视频。特别是数字图像，由于其丰富的信息内容、直观的视觉效果和便捷的传输方式，已经成为人们广泛喜爱的媒介。数字图像不仅在社交和娱乐领域满足了人们对多样化的需求，而且在日常生活和工作中也发挥着重要作用。然而，通过网络传输的图像可能包含敏感数据，如个人隐私和国家秘密，包括医疗记录、商业秘密和军事信息。如果这些图像遭到非法侵入，被窃取、泄露或恶意篡改，可能会对个人隐私、企业利益乃至国家安全构成严重威胁。因此，确保图像在存储和传输过程中的安全性，已经成为信息安全研究的关键领域。
3、图像加密技术可以保护图像信息的安全，防止在存储或传输过程中被泄露或篡改。图像加密技术是用密码学的方法对图像数据进行变换，已经涌现出各种融合了其他学科及理论的图像加密算法，例如传统加密技术中的对称加密和非对称加密、基于矩阵变换和像素置换的加密技术、混沌图像加密技术等。混沌系统和密码学都有随机性和不可预测性的特点，因此
4、混沌系统利用迭代公式生成类伪随机序列，以执行置乱和扩散过程。置乱过程通过调整像素位置来打破像素间的直接关联，将清晰图像转化为含糊的噪声状，从而掩盖图像中的关键信息。这种置乱手段仅仅是重新排列了像素值的位置，而未改变其值，导致图像的统计属性保持不变，易遭受统计分析攻击。另一方面，扩散过程通过改变像素值来调整图像的统计特征，并促进像素间的交互作用，将单个像素的信息广泛传播至整个图像，以抵御基于明文选择的攻击。因此，基于混沌理论的图像加密技术成为了当前研究的焦点。
技术实现思路
1、本专利技术提出了一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法。
2、一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，包括以下步骤：
3、步骤1，读取原始明文图像i，大小为，并根据明文计算图像哈希值，利用哈希值和明文像素值生成混沌系统的初始值和系统参数，并将初始值和系统参数作为加密密钥；
4、步骤2，将密钥进行处理，产生混沌系统的初始值x0、y0和系统参数a、b、c，迭代系统次，舍弃前1000次，得到一个二维的混沌序列，将这两个序列分别命名为x、y，两个个序列的大小都为；
5、步骤3，将混沌序列x进行数据处理，得到初始细胞矩阵，数值为0或者1，迭代n次后，将每次迭代结果相加得到置乱矩阵s；
6、步骤4，根据置乱矩阵s，采用基于对称规则的循环位移置乱方法，打乱置乱图像，得到置乱图像perm_img；
7、步骤5，用混沌序列对对perm_img进行扩散，得密文图像enc_img。
8、所述步骤1中计算混沌系统的初始值和参数由sha-256进行下述运算得到：
9、
10、
11、其中，m、n是明文图像的尺寸，i(i,j)表示明文图像矩阵(i,j)位置处的像素值。表示分割后的哈希值块。
12、所述步骤2中两个混沌序列x，y由混沌系统进行迭代次得到，该混沌系统的系统方程为：
13、
14、其中，a、b、c是系统参数，取值范围为<mi>a</mi><mi>∈</mi><mi>[1,100],b</mi><mi>∈</mi><mi>[1,100],c</mi><mi>∈</mi><mi>[1,100],</mi> x、y是系统状态变量，取值范围为<mi>x</mi><mi>∈</mi><mi>[</mi><mi>-</mi><mi>1,1],y</mi><mi>∈</mi><mi>[</mi><mi>-</mi><mi>1,1]</mi>。
15、所述步骤3中利用混沌混沌序列x，生成生命游戏初始细胞基质矩阵，生成初始矩阵过程为：
16、
17、设0.5为阈值，初始细胞矩阵生成过程为：
18、
19、当代表这个细胞是活的，代表这个细胞是死的；
20、将初始细胞矩阵迭代n次，利用二进制转十进制的方法生成置乱矩阵s，具体过程为：
21、
22、其中，为迭代矩阵，将位置(i,j)每次迭代的和累加，就可以得到置乱矩阵中(i,j)处的数值。
23、所述步骤4中根据置乱矩阵s，采用基于对称规则的循环位移置乱方法对图像进行置乱操作，其对称规则为：
24、对于的矩阵中某一像素p(i,j)，存在关于竖直对称轴对称的像素p(i,n-j)、关于水平对称轴对称的像素p(m-i,j)以及关于中心对称的像素p(m-i,n-j)。以这四个像素位置为结点，从像素p(i,j)出发，遍历两行两列的外层像素，完成对要进行置乱的像素的提取,存储在一维矩阵t中。
25、所述步骤4中根据置乱矩阵s，采用基于对称规则的循环位移置乱方法对图像进行置乱操作，其置乱操作为：
26、<mtable><mtr><mtd><mrow><mi>&</mi><mi>r=circshift</mi><mi>(</mi><mi>t,</mi><mi>[</mi><mi>0,s</mi><mi>(</mi><mi>i,j</mi><mi>)])</mi><mi>, s</mi><mi>(</mi><mi>i,j</mi><mi>)</mi><mi>为偶数</mi></mrow></mtd></mtr><本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，设计了新型二维混沌系统来产生随机序列，并将其与基于改进生命游戏规则的跨行列置乱和前向扩散相结合，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤一中混沌系统的初始值和系统参数进行下述运算得到：，，其中，M、N是明文图像的尺寸，I(i,j)表示明文图像矩阵(i,j)位置处的像素值，表示32个八块位哈希值之一。
3.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤二的混沌系统的系统方程为：，其中，a、b、c是系统参数，取值范围为[1,100]，x、y是系统状态变量，取值范围为[-1,1]。
4.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤三中利用混沌序列X，生成生命游戏初始细胞基质矩阵由下述运算得到：，设0.5为阈值，初始细胞矩阵进行下述运算得到：，当代表这个细胞存活，代表这个细胞是消亡；将初始细胞矩阵迭代N次，置乱矩阵S由下述运算得到：，其中
5.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤四中利用对称规则进行循环位移置乱，其对称规则为：
6.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤四中利用对称规则的循环位移置乱方法由下述运算得到：，其中，T表示进行循环位移的像素矩阵，S表示置乱矩阵。
7.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤五扩散过程由下述运算得到：，其中，C是待扩散图像，Y是混沌序列，通过将混沌序列Y与序列C中的当前像素的前两个像素同时进行按位异或完成扩散。
...【技术特征摘要】
1.一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，设计了新型二维混沌系统来产生随机序列，并将其与基于改进生命游戏规则的跨行列置乱和前向扩散相结合，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤一中混沌系统的初始值和系统参数进行下述运算得到：，，其中，m、n是明文图像的尺寸，i(i,j)表示明文图像矩阵(i,j)位置处的像素值，表示32个八块位哈希值之一。
3.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤二的混沌系统的系统方程为：，其中，a、b、c是系统参数，取值范围为[1,100]，x、y是系统状态变量，取值范围为[-1,1]。
4.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统和跨行列循环位移的图像加密方法，其特征在于，所述步骤三中利用混沌序列x，生成生命游戏初始细胞基质矩阵由下述运算得到...
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