CN108133447A

CN108133447A - 一种彩色图像的混沌加密方法

Info

Publication number: CN108133447A
Application number: CN201611090825.2A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Qinzhou Jingtong Technology Co Ltd
Current assignee: Qinzhou Jingtong Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-06-08

Abstract

一种彩色图像的混沌加密方法,属于加密技术领域，由以下步骤实现：优化Lorenz混沌序列；利用优化后的混沌序列x’，y’，z’生成三个置乱矩阵，分别对RGB彩色图像的三个分量进行置乱；分块加密；输出置乱彩色图像，合成置乱后的三基色图，得到加密后的图像；解密图像。本发明所用算法在空域范围内使用Px，Py，Pz对彩色图像三基色分置乱，加强了算法扩散的强度，进一步加大了破译难度；三基色分量分别置乱，使加密图像在视觉上发生了色彩变化，图像更难读懂；同时，本方法所用算法的置乱度与幻方变换的置乱度相近，具有良好的置乱性；较强的抗攻击能力。

Description

一种彩色图像的混沌加密方法

技术领域

本发明涉及加密技术领域，具体涉及一种彩色图像的混沌加密方法。

背景技术

随着多媒体技术和互联网技术的飞速发展 ,人们可以通过网络便捷地进行各种交流 ,其中包括图像、语音、视频以及文本等信息 ,伴随而来的如何保证这些信息的安全性和保密性的问题显得越来越重要。彩色图像处理是数字图像处理的重要组成部分，在网络与多媒体通信中，常常涉及到彩色图像文件加密。在对图像的加密算法中 ,人们通常选择传统加密算法 ,比如DES ,RSA 等加密算法 ,但传统加密算法并未考虑图像数据的海量性而引起计算的复杂性最终导致加密速度变慢。

混沌现象是指在非线性动态系统中出现的确定性和类似随机的过程，混沌动力学在此基础上得到迅猛发展，这使得混沌可以用来作为一种新的密码体系，可以加密文本、声音及图像数据。近年来，混沌图像加密技术作为一种数字图像加密技术，越来越被人们重视，并取得了很多成果。混沌加密的原理就是将原始信息与混沌发生器产生的混沌序列进行特定的解密就是将加密信息与混沌发生器产生的混沌序列进行反运算，去除混沌信号，使运算，使原始信息转换为具有类似随机噪声的性态，从而对数字图像文件加密。

发明内容

本发明针对上述所要解决的问题，提供一种扩散映射置乱与混沌系统组合的图像加密方法。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种彩色图像的混沌加密方法, 选用Lorenz系统中三个不同维的变量生成置乱矩阵来分别实现对RGB彩色图像三分量的置乱加密，实现对整个彩色图像文件加密，由以下步骤实现：步骤1，优化Lorenz混沌序列：当Lorenz系统进入混沌状态，构建一个数学模型：其中，x’，y’，z’三为优化后的实值混沌序列；m为控制参数，通过它可以提高序列取值的不规则性；round()为取最接近整数函数。

步骤2，利用优化后的混沌序列x’，y’，z’生成三个置乱矩阵，分别对RGB彩色图像的三个分量进行置乱：

(1) 生成置乱矩阵的方法: 利用优化混沌序列生成相应的置换矩阵PM×N，对PM×N来说，其中任一元素Pij∈[1，2，…，M×N]，且Pij=Pkl，当且仅当i=k，j=1。比如：当M=4，N=4，P即为4×4的矩阵，由优化混沌序列生成16个实数值组成的混沌序列为：10.95621370、10.91248372、 10.57640346、11.0759704、11.62504738、 11.13958961、 10.26628130、9.10829136、9.53332571、 9.21575219、 9.11570905、 9.19910548、8.87154601、9.27423505、 9.85781001、10.94356727，对以上序列按大小排序，然后从1到16进行标识，即可得到序列：4、6、7、3、1、2、8、15、10、12、14、 13、16、11、9、5，按行排列成4×4的置乱矩阵P4×4为：

；（2）置乱规则：采用非线性置换方法，将图像IM×N，N与置乱矩阵PM，Ⅳ的元素一一对应。将IM×N中的元素对应PM×N中的元素进行置乱，如对4×4的图像I4×4按照上面的P4x4矩阵进行置乱，I中的第1个元素移到第4个元素位置，第2个元素移到第6个元素位置，…，具体过程为：

。

步骤3，分块加密；将待加密彩色图像的R、G、B3个分量按8×8大小分块，以8×8块为单位分别用置乱矩阵Px，Py，Pz进行空域置乱加密。

步骤4，输出置乱彩色图像，合成置乱后的三基色图，即得到加密后的图像。

步骤5，用户输入正确的密钥后，将加密算法逆向运算，即可获得解密图像。

本发明提供的一种彩色图像的混沌加密方法，所用算法在空域范围内使用Px，Py，Pz对彩色图像三基色分置乱，加强了算法扩散的强度。若采取唯密文攻击，则解密工作量高达3×(M×N)！，进一步加大了破译难度；另外，三基色分量分别置乱，混淆了彩色图像每一像素的R，G，B三分量，使加密图像在视觉上发生了色彩变化，图像更难读懂；同时，本方法所用算法的置乱度与幻方变换的置乱度相近，具有良好的置乱性；较强的抗攻击能力。

具体实施方式

下列对本发明的实施作进一步的说明，以便本领域的技术人员能够更好的理解并实施。

实施例1

一种彩色图像的混沌加密方法,由以下步骤实现：步骤1，优化Lorenz混沌序列：当Lorenz系统进入混沌状态，构建一个数学模型：其中，x’，y’，z’三为优化后的实值混沌序列；m为控制参数，通过它可以提高序列取值的不规则性；round()为取最接近整数函数。

。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种彩色图像的混沌加密方法, 选用Lorenz系统中三个不同维的变量生成置乱矩阵来分别实现对RGB彩色图像三分量的置乱加密，实现对整个彩色图像文件加密, 其特征在于，由以下步骤实现：步骤1，优化Lorenz混沌序列；步骤2，利用优化后的混沌序列x’，y’，z’生成三个置乱矩阵，分别对RGB彩色图像的三个分量进行置乱；步骤3，分块加密；步骤4，输出置乱彩色图像，合成置乱后的三基色图，即得到加密后的图像；步骤5，用户输入正确的密钥后，将加密算法逆向运算，即可获得解密图像。

2.如权利要求1中所述的彩色图像的混沌加密方法，其特征在于，所述步骤1具体实现方法为：当Lorenz系统进入混沌状态，构建一个数学模型：其中，x’，y’，z’三为优化后的实值混沌序列；m为控制参数，通过它可以提高序列取值的不规则性；round()为取最接近整数函数。

3.如权利要求1中所述的彩色图像的混沌加密方法，其特征在于，所述步骤2具体实现方法为：(1) 生成置乱矩阵的方法: 利用优化混沌序列生成相应的置换矩阵PM×N，对PM×N来说，其中任一元素Pij∈[1，2，…，M×N]，且Pij=Pkl，当且仅当i=k，j=1;

4比如：当M=4，N=4，P即为4×4的矩阵，由优化混沌序列生成16个实数值组成的混沌序列为：10.95621370、10.91248372、 10.57640346、11.0759704、11.62504738、11.13958961、 10.26628130、 9.10829136、9.53332571、 9.21575219、 9.11570905、9.19910548、8.87154601、9.27423505、 9.85781001、10.94356727，对以上序列按大小排序，然后从1到16进行标识，即可得到序列：4、6、7、3、1、2、8、15、10、12、14、 13、16、11、9、5，按行排列成4×4的置乱矩阵P4×4为：

；（2）置乱规则：采用非线性置换方法，将图像IM×N，N与置乱矩阵PM，Ⅳ的元素一一对应;

将IM×N中的元素对应PM×N中的元素进行置乱，如对4×4的图像I4×4按照上面的P4x4矩阵进行置乱，I中的第1个元素移到第4个元素位置，第2个元素移到第6个元素位置，…，具体过程为：

。

4.如权利要求1中所述的彩色图像的混沌加密方法，其特征在于，所述步骤3具体方法为：将待加密彩色图像的R、G、B3个分量按8×8大小分块，以8×8块为单位分别用置乱矩阵Px，Py，Pz进行空域置乱加密。