一种基于混沌轨道扰动的数字图像加密方法，涉及加密系统领域，方法如下：采用基于广义离散Baker映射的方法对明文图像进行置乱处理；采用基于Logistic映射的方法对置乱后的图像进行扩散处理，改变图像中每一点的像素值；根据加密强度要求，进行多轮加密，本发明专利技术方法通过引入与明文相关的混沌轨道扰动机制，使密钥流不仅与密钥相关，而且与明文相关，因此，加密系统的扩散效果得到了有效提升并且抗已知明文和的能力得到了显著提高；本发明专利技术扩散过程中对某个像素值的改变，依赖于该像素点所有前面已加密的像素值的累积效应，因此一个像素值的微小改变，可有效的扩散到图像中后续的所有像素；本发明专利技术方法加密时间短。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及加密系统，用于数据与信息保护，特别涉及。
技术介绍
随着多媒体与网络技术的飞速发展，越来越多的图像在以Internet，无线网络等为代表的开放性网络中传播，极大的方便了信息的访问与共享，然而由于数字图像信息易于拷贝和发布，在商业、军事、医疗、科研等领域的众多敏感信息易于被截获和破解，其传播存在很大的安全隐患，与文字信息相比，数字图像具有容量大，冗余度高等特点，传统的分组加密方法，如数据加密标准(DES，Data Encryption Mandard)，国际数据加密算法(IDEA, International Data Encryption Algorithm),高级力口密标准(AES, Advanced Encryption Standard)等，并不适合于图像加密，尤其在加密速度方面，不能满足日益增长的实时网络传输的需求。自上世纪90年代以来，很多学者发现混沌学与密码学存在紧密的联系，混沌动力系统的许多基本特性，例如初值与系统参数极端敏感性、遍历性、伪随机性等，可很好的满足现代密码学构建高安全性加密系统的要求，混沌流密码提供了安全性与加密效率的一个良好的平衡，既具有很高的安全性保证，又具有极高的加密速度，非常适合数字图像的实时、安全网络传输，近十年来，混沌加密技术得到了广泛研究，并取得一定成果，现有混沌图像加密方法的通用体系结构如附图说明图1所示，加密系统由两个迭代模块组成，分别实现消除相邻像素间的强相关性和改变图像的统计特性在置乱阶段，图像中每个像素点的位置以被打乱，而保持像素值不变；在扩散阶段，每一点的像素值按从上至下、从左至右的顺序被改变；用于扩散的密钥流基于混沌映射量化产生，像素值的改变通过异或运算实现；加密系统的密钥为控制置乱-扩散过程的混沌映射的初始参数与初始值，为了达到充分消除相邻像素间的相关性的目的，置乱过程共迭代m轮(m > 1)，整体置乱-扩散操作可根据安全性需求执行η轮(n ^ 1)，然而，在现有成果中，用于扩散的密钥流仅与密钥相关，即如果密钥不加以更改，相同的密钥流将用于加密不同的明文图像，因此，攻击者可采用已知明文攻击或选择明文攻击手段来破译加密系统，例如，攻击者可构造一幅由特殊像素值构成的明文图像，应用加密系统对该图像进行加密，通过将明文图像与密文图像相比较，可得到使用的密钥流。
技术实现思路
为克服现有方法存在的不足，本专利技术提供，在扩散过程中引入与明文相关的混沌轨道扰动机制，根据密文像素值扰动混沌系统的控制参数，达到提升扩散效果、提高加密系统安全性的目的。本专利技术的技术方案是这样实现的， 包括以下步骤步骤1 采用基于广义离散Baker映射的方法对明文图像进行置乱处理，改变图像中每一像素点的位置，具体方法为步骤1-1 设待加密明文图像的大小为NXN，由加密者设置置乱密钥Iii,其中，N表示图像在水平或垂直方向的像素个数，i = 0,1, ...，k-l，ni可整除N且η。+ηι+…+Iv1 = N;步骤1-2 按步骤1-1设置的置乱密钥，将明文图像垂直分割为k个高度为N、宽度为叫(1 = 0，1，…，k-Ι)的矩形条带；采用基于广义离散Baker映射的方法将这些垂直条带在水平方向拉伸，在垂直方向压缩，得到k个高度为ni、宽度为N的水平条带；最后依次将所有经变换得到的水平条带自下而上堆叠在一起，公式如下权利要求1. ，其特征在于包括以下步骤 步骤1 采用基于广义离散Baker映射的方法对明文图像进行置乱处理，改变图像中每一像素点的位置，具体方法为步骤1-1 设待加密明文图像的大小为NXN，由加密者设置置乱密钥ni，其中，N表示图像在水平或垂直方向的像素个数，i = 0，1，…，k-l，ni可整除N且nQ+ni+…+Iv1 = N;步骤1-2 按步骤1-1设置的置乱密钥，将明文图像垂直分割为k个高度为N、宽度为Iii 的矩形条带，所述i = 0，1，…，k-Ι ；采用基于广义离散Baker映射的方法将这些垂直条带在水平方向拉伸，在垂直方向压缩，得到k个高度为ni、宽度为N的水平条带；最后依次将所有经变换得到的水平条带自下而上堆叠在一起，公式如下2.根据权利要求1所述的基于混沌轨道扰动的数字图像加密方法，其特征在于步骤 2-4所述的判决门限的取值为0. 5。全文摘要，涉及加密系统领域，方法如下采用基于广义离散Baker映射的方法对明文图像进行置乱处理；采用基于Logistic映射的方法对置乱后的图像进行扩散处理，改变图像中每一点的像素值；根据加密强度要求，进行多轮加密，本专利技术方法通过引入与明文相关的混沌轨道扰动机制，使密钥流不仅与密钥相关，而且与明文相关，因此，加密系统的扩散效果得到了有效提升并且抗已知明文和的能力得到了显著提高；本专利技术扩散过程中对某个像素值的改变，依赖于该像素点所有前面已加密的像素值的累积效应，因此一个像素值的微小改变，可有效的扩散到图像中后续的所有像素；本专利技术方法加密时间短。文档编号G06T1/00GK102360488SQ201110302488公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月29日 优先权日2011年9月29日专利技术者付冲, 孟威宏, 索涛, 马宏峰 申请人:付冲, 索涛本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于混沌轨道扰动的数字图像加密方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤１：采用基于广义离散Ｂａｋｅｒ映射的方法对明文图像进行置乱处理，改变图像中每一像素点的位置，具体方法为：步骤１－１：设待加密明文图像的大小为Ｎ×Ｎ，由加密者设置置乱密钥ｎｉ，其中，Ｎ表示图像在水平或垂直方向的像素个数，ｉ＝０，１，…，ｋ－１，ｎｉ可整除Ｎ且ｎ０＋ｎ１＋…＋ｎｋ－１＝Ｎ；步骤１－２：按步骤１－１设置的置乱密钥，将明文图像垂直分割为ｋ个高度为Ｎ、宽度为ｎｉ的矩形条带，所述ｉ＝０，１，…，ｋ－１；采用基于广义离散Ｂａｋｅｒ映射的方法将这些垂直条带在水平方向拉伸，在垂直方向压缩，得到ｋ个高度为ｎｉ、宽度为Ｎ的水平条带；最后依次将所有经变换得到的水平条带自下而上堆叠在一起，公式如下：＊＊＊式中，Ｂｄ表示广义离散Ｂａｋｅｒ映射，（ｘ，ｙ）表示待变换点的坐标，Ｎｉ表示垂直条带右下角坐标，其中ｉ＝１，２，…，ｋ，公式如下：＊＊＊且Ｎｉ≤ｘ＜Ｎｉ＋ｎｉ，０≤ｙ≤Ｎ；步骤２：采用基于Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射的方法对置乱后的图像进行扩散处理，改变图像中每一点的像素值，步骤２－１：由加密者设置扩散密钥（ｘ０，μ），其中，ｘ０表示状态变量初始值，Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射公式如下：ｘｎ＋１＝μｘｎ（１－ｘｎ），ｘｎ∈［０，１］，μ∈［０，４］ （３）式中，μ表示控制参数，且μ∈［３．５７，４］时系统处于混沌状态；ｘｎ表示状态变量，ｘｎ＋１是基于ｘｎ生成的下一个迭代值；将公式（３）迭代Ｎ０次，其中，Ｎ０表示常量且Ｎ０≥２００，使系统进入混沌状态；对于所述的状态变量ｘｎ，０．５为不良点，会使状态变量在后续迭代中陷入‘不动点’１，如果该情况出现，则对ｘｎ做一个微小的扰动；所述的微小扰动，即是在ｘｎ的基础上加或减一个小数，所述小数的数量级范围在１０－３～１０－３；步骤２－２：继续迭代Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射，并对混沌映射的当前状态变量ｘｎ进行量化，得到一个密钥流元素ｋｎ，公式如下：ｋｎ＝ｍｏｄ［ｆｌｏｏｒ（ｘｎ×１０１４），Ｌ］， （４）式中ｆｌｏｏｒ（ｘ）函数返回距离ｘ最近的整数值，ｍｏｄ（ｘ，ｙ）返回ｘ除以ｙ的余数，Ｌ为图像的灰度级别；步骤２－３：利用步骤２－２得到的密钥流元素对一个明文像素实施加密，加密公式为＊＊＊式中，ｃｎ表示输出的密文像素值，ｐｎ表示当前操作的明文像素值，ｃｎ－１为前一个已加密点的密文像素值，设ｃ－１为一个常量，其取值范围为０－２５５，用于加密第一个像素点，代表按位异或操作，通过使用与明文相关的加密方法，每一个像素点的值都能被有效地扩散到整个密文图像；步骤２－４：利用步骤２－３得到的密文像素值改变Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射控制参数μ，实现混沌轨道扰动，具体方法如下：判断状态变量值ｘｎ是否大于判决门限，若大于判决门限则对控制变量μ增加一个微量值δ，否则将控制变量μ减少一个微量值δ，实现扰动混沌轨道，所述的微量值δ，满足如下公式：δ＝ｃｎ×０．１／Ｌ（６）所述的微量值与密文像素值ｃｎ相关，所述的密文像素值ｃｎ与明文像素值ｐｎ相关，实现密钥流序列与明文相关，由于Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射的取值范围为［０，１］，而其概率密度函数为偶函数，且公式如下：因此对μ值的增或减概率是相同的，若μ值增或减后超出了混沌范围［３．５７，４．０］，则对其减或增０．２，以确保其值在混沌范围内；步骤２－５：返回步骤２－２，直到置乱图像中的所有像素点按照从左至右，从上至下的顺序被加密；步骤３：根据加密强度要求，进行多轮加密，反复执行步骤１与步骤２，所述加密强度是指抗统计攻击能力、抗已知明文或选择明文攻击能力以及抗差分攻击能力。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：付冲，孟威宏，索涛，马宏峰，
申请(专利权)人：付冲，索涛，
类型：发明
国别省市：89
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。