一種基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法

2023-10-16 18:16:54 4

專利名稱：一種基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法
技術領域：
本發明涉及通信電子技術與圖像信號處理領域，特別是涉及ー種基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法。
背景技術：
當今社會物聯網信息技術發展迅速，越來越多的通訊和信息的傳送通過網絡實現。在網絡通信中，圖像能直觀的體現信息的內容和含義，能較好的表達傳送者的意圖和目的，因此廣泛的應用在エ業的生產和生活中。由於圖像的特殊性，它往往涉及到許多機密與隱私，例如衛星圖像，建築圖紙，醫療影像等，因此在傳輸過程中需要保密進行，防止發生信息竊取、數據篡改、病毒攻擊。圖像加密是圖像處理的ー個重要分支，由於混沌系統的特殊性，近年來，越來越多的學者關注並研究混沌理論在圖像加密中的應用。混沌現象是非線性系統的ー種內在的類似隨機過程的表現，混沌系統產生的混沌信號具有非周期性、類噪聲特性，對初始條件和微小擾動的極端敏感性，且混沌具有長期的不可預測性，因此非常適合保密通信。近年來，國內外許多研究人員提出了一些新的算法構造混沌系統。例如張定會，潘永華根據數字圖像置亂加密原理，利用離散混沌序列的隨機性和對初始條件值極其敏感性，研究了彩色數字圖像的混沛加密和解密方法。Vinod Patidar, N. K. Pareek等提出了一種基於Standard映射和logistic映射的無損對稱加密算法。由混沛映射的初始條件，系統參數和迭代次數參數構成該算法的密鑰，通過異或操作及水平與垂直方向的加密進行置亂與擴散操作。該算法加密效果好，加密速度快。在專利方面，範京；李紅蓮等人的專利——圖像置亂加密方法(專利號CN101894359A)提供了ー種利用係數為整數的變化矩陣T對正方形圖像進行加密的算法；回靜的專利——混沌數字圖像加密方法(專利號CN101344960)則提出ー種利用Matlab提取圖像像素矩陣，然後進行像素編碼處理的加密方法；張雲鵬、左飛、翟正軍、焦會琴等人的專利——一種基於多混沌系統的彩色圖像加密方法(專利號CN101604439)提出一種將圖像灰度值進行S盒變換的方案，並將結果的每個像素與各個分量進行XOR運算，完成加密。現有的大部分混沌加密系統都是基於單個混沌系統或是幾個低維混沌系統級聯，在保密性方面有一定的缺陷。常見的加密算法使用的混沌序列密鑰簡単，抗破譯能力不強；一些加密算法時間複雜度太高，加密時間周期太長。另有ー些算法的適用範圍較小，無法加密高清、彩色、數字等類型圖像。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，使得保密性得到提高且加密時間周期較短。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是提供ー種基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，包括以下步驟
(I)利用Chen混沌序列對彩色圖像的R、G、B分量進行置亂來實現圖像預處理；(2)利用改進的Chen混沌序列與複合混沌序列對圖像進行移位操作，對每個像素的R、G、B分量進行移位操作完成彩色圖像的加密。所述步驟(I)包括以下子步驟(11)選擇合適的Chen混沛的初始值,迭代生成Chen混沛序列x、y、z ;(12)用彩色圖像的各像素點的R、G、B分量分別與x、y、z進行異或運算，完成圖像預處理。所述步驟(2)包括以下子步驟(21)改進Chen混沛序列x、y、z得到改進的Chen混沛序列x』、y』、z』 ；(22)將每個像素的八位ニ進位等分成4個部分；(23)根據每ー輪迭代生成的混沌序列的值，判斷移位的方向和位數，複合混沌序列控制移位的方向，改進的Chen混沌序列則控制移位的位數；(24)對每個像素的R、G、B分量進行移位操作完成彩色圖像的加密。所述步驟(2)中的複合混沛序列為chebychev和logistic混沛序列。所述chebychev和logistic混沛序列的如下chebychev發生器產生的初始混沛序列通過第三存儲器存儲，並將初始混沌序列按產生順序排列，分別傳送給第二存儲器和第一存儲器；所述第二存儲器接收從第三存儲器傳出的[_1，1]之間的數值，把這個數值加1，再除以20，使之映射到區間
，最後再加上3. 9作為logistic混沌序列發生器的系統參數；所述第一存儲器將初始值和第三存儲器的信號相加，然後將相加後的結果通過logistic混沌序列發生器映射到區間
之間作為logistic混沌序列發生器的下ー個初值。所述Chen混沌序列通過Chen混沌系統的動力學方程式獲得；所述Chen混沌系統
的動力學方程式為
權利要求
1.一種基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，其特徵在於，包括以下步驟 (1)利用Chen混沌序列對彩色圖像的R、G、B分量進行置亂來實現圖像預處理； (2)利用改進的Chen混沌序列與複合混沌序列對圖像進行移位操作，對每個像素的R、G、B分量進行移位操作完成彩色圖像的加密。
2.根據權利要求1所述的基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，其特徵在於，所述步驟(I)包括以下子步驟 (11)選擇合適的Chen混沛的初始值,迭代生成Chen混沛序列x、y、z； (12)用彩色圖像的各像素點的R、G、B分量分別與x、y、z進行異或運算，完成圖像預處理。
3.根據權利要求2所述的基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，其特徵在於，所述步驟(2)包括以下子步驟 (21)改進Chen混沛序列x、y、z得到改進的Chen混沛序列x』、y』、z』， (22)將每個像素的八位二進位等分成4個部分； (23)根據每一輪迭代生成的混沌序列的值，判斷移位的方向和位數，複合混沌序列控制移位的方向，改進的Chen混沛序列則控制移位的位數； (24)對每個像素的R、G、B分量進行移位操作完成彩色圖像的加密。
4.根據權利要求1所述的基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，其特徵在於， 所述步驟(2)中的複合混沛序列為chebychev和logistic混沛序列。
5.根據權利要求4所述的基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，其特徵在於， 所述chebychev和logistic混沛序列的如下chebychev發生器產生的初始混沛序列通過第三存儲器存儲，並將初始混沌序列按產生順序排列，分別傳送給第二存儲器和第一存儲器；所述第二存儲器接收從第三存儲器傳出的[_1，1]之間的數值，把這個數值加1，再除以20，使之映射到區間
，最後再加上3. 9作為logistic混沌序列發生器的系統參數；所述第一存儲器將初始值和第三存儲器的信號相加，然後將相加後的結果通過logistic混沌序列發生器映射到區間
之間作為logistic混沌序列發生器的下一個初值。
6.根據權利要求2所述的基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，其特徵在於，所述Chen混沌序列通過Chen混沌系統的動力學方程式獲得；所述Chen混沌系統的動力學方程式為=其中，
7.根據權利要求3所述的基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，其特徵在於，所述步驟(21)中將Chen混沛序列進行如下處理
全文摘要
本發明涉及一種基於複合混沌序列與移位的彩色圖像加密方法，包括利用Chen混沌序列對彩色圖像的R、G、B分量進行置亂來實現圖像預處理；利用改進的Chen混沌序列與複合混沌序列對圖像進行移位操作，對每個像素的R、G、B分量進行移位操作完成彩色圖像的加密。本發明利用Chen序列在算法加密之前對圖像進行預處理增加了解密攻擊的難度，使得保密性得到提高。
文檔編號G06T1/00GK103020891SQ20121056388
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者朱鋮, 仇潤鶴 申請人:東華大學