具有快速密钥流生成机制的数字图像加密方法技术

本发明专利技术一种具有快速密钥流生成机制的数字图像加密方法，属于图像加密领域，本发明专利技术实现了一个具有快速密钥流元素生成机制的图像加密系统，在扩散阶段，每进行一次混沌系统迭代及密钥流元素量化，可生成多个密钥流元素，有效降低了混沌系统的迭代次数，从而大幅度的提升了加密系统的速度；此外，每次迭代与量化生成的密钥流元素个数是与明文相关的，同时提高了加密系统抗已知明文和选择明文攻击的能力；密码学分析与加密速度测试表明，本发明专利技术提出的加密系统，在具有高安全性的前提下，加密速度与传统方法相比有约1倍的提升。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种具有快速密钥流生成机制的数字图像加密方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：基于广义离散Cat映射实现明文图像的置乱处理，改变图像中每一像素点的位置；步骤1?1：设待加密明文图像的大小为N×N，利用式(1)定义的广义离散Cat映射实现图像的置乱，消除相邻像素间的相关性，公式如下：x′y′=1pqpq+1xymodN---(1)其中，x、y为变换前的坐标；x“、y“为变换后的新坐标；(p,q)∈[1,N]为控制置乱过程的系统参数，即由加密者设置的置乱密钥；用于解密的逆Cat映射的定义为x′y′=pq+1-p-q1xymodN---(2)步骤1?2：返回执行步骤1?1，以充分消除相邻像素相关性，返回执行步骤为2～3次；步骤2：采用Logistic映射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；Logistic映射定义如下：xn+1=μxn(1-xn),xn∈[0,1],μ∈[0,4]---(3)其中，μ和x分别为控制参数和状态变量，xn表示第n次迭代的状态变量值；xn+1表示第n+1次迭代的状态变量值；步骤2?1：加密者设置扩散密钥(x0,μ)，其中x0为状态变量初始值；迭代公式(3)N0次，上述N0为常量，且N0≥200，使系统充分进入混沌状态；步骤2?2：继续迭代公式(3)，利用公式(4)对混沌映射状态变量的当前值xn进行量化，得到一个4字节的伪随机数，公式如下：其中，floor(x)函数表示返回距离x最近的整数值；mod(x,y)函数表示返回x除以y的余数；步骤2?3：将拆分为4个大小为1字节的伪随机数，并根据当前待加密的明文像素点的前一个点的明文值pn?1，选择这4个伪随机数中的前M个作为密钥流元素，其中1≤M≤4；M由公式(5)确定：M=pn?1%4+1?????????(5)对于第一个明文像素点，pn?1的初始值p0可由加密者设为一取值在[0,255]间的整型常量；步骤2?4：根据步骤2?3得到的M个密钥流元素对M个明文像素点实施加密；公式如下：cn=kn⊕{[pn+kn]modL}⊕cn-1---(6)其中，kn,pn,cn分别为当前操作的密钥流元素、明文像素值和输出的密文像素值；L为图像的灰度级；cn?1为前一个已加密点的密文像素值，其初始值c0可设为一个常量；代表按位异或操作；若剩余待加密像素点不足M个，则只加密剩余的像素点即可；用于解密的反变换为pn=[kn⊕cn⊕cn-1+L-kn]modL---(7)步骤2?5：返回执行步骤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完毕；步骤3：可根据加密强度要求，进行多轮加密，即反复执行步骤1与步骤2。FDA00002941387500014.jpg,FDA00002941387500015.jpg,FDA00002941387500022.jpg...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：付冲，温昊祥，熊清，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：