[發(fā)明專利]一種具有明文相關(guān)置亂機制的快速混沌圖像加密方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611128972.4
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106778304B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱連義;肖揚;高倍力;湯文揚;任勤雷;竇路
• 申請（專利權(quán)）人: 交通運輸部水運科學(xué)研究所
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種具有明文相關(guān)置亂機制的快速混沌圖像加密方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、設(shè)置logistic映射的控制參數(shù)、Lü系統(tǒng)的控制參數(shù)和擴散密鑰；

步驟2、按由上至下、由左至右的順序，將待加密圖像每個像素的三個顏色分量的值依次存入一個一維數(shù)組中；

步驟3、根據(jù)所獲得的待加密圖像一維數(shù)組，對明文圖像進行置亂處理，具體如下：

步驟3-1、根據(jù)所獲得的待加密圖像一維數(shù)組獲得City哈希值；

步驟3-2、根據(jù)獲得的City哈希值，設(shè)置logistic映射的狀態(tài)變量初值；

步驟3-3、根據(jù)設(shè)置的logistic映射的狀態(tài)變量初值和控制參數(shù)，預(yù)迭代logistic映射使其充分進入混沌狀態(tài)；

步驟3-4、正式迭代logistic映射，將每次迭代得到的狀態(tài)變量值依次放入一維數(shù)組中，獲得logistic映射狀態(tài)變量數(shù)組，該狀態(tài)變量數(shù)組的長度為：待加密圖像一維數(shù)組的長度-1；

步驟3-5、對logistic映射狀態(tài)變量數(shù)組進行量化，得到偽隨機置亂序列，該序列中的每個元素表示待交換元素所在位置；

步驟3-6、根據(jù)偽隨機置亂序列中每個元素的對應(yīng)位置，將待加密圖像一維數(shù)組中的每一個元素與對應(yīng)位置的元素相交換，待加密圖像一維數(shù)組中最后一個元素不做置亂處理；

步驟4、將置亂處理后的待加密圖像一維數(shù)組進行擴散處理，具體如下：

步驟4-1、生成擴散密鑰流序列，該序列的長度為：待加密圖像一維數(shù)組的長度；

步驟4-2、根據(jù)擴散密鑰流序列，對置亂處理后的待加密圖像一維數(shù)組中的每一個元素實施加密；

步驟5、反復(fù)執(zhí)行步驟3至步驟4，進行多輪加密，獲得密文圖像；

步驟3-2所述的根據(jù)獲得的City哈希值，設(shè)置logistic映射的狀態(tài)變量初值，具體公式如下：

x′₀＝hash_p/2³² (1)

其中，x′₀表示logistic映射的狀態(tài)變量初值，hash_p表示待加密圖像一維數(shù)組P的City哈希值；

步驟3-3所述的根據(jù)設(shè)置的logistic映射的狀態(tài)變量初值和控制參數(shù)，迭代logistic映射使其充分進入混沌狀態(tài)，具體公式如下：

x′_n+1＝μx′_n(1-x′_n),x′_n∈[0,1],μ∈[0,4] (2)

其中，μ表示logistic映射的控制參數(shù)，x′_n表示logistic映射第n次迭代的狀態(tài)變量值，其初始值為x′₀；

步驟3-5所述的對logistic映射狀態(tài)變量數(shù)組進行量化，得到偽隨機置亂序列，該序列中的每個元素表示待交換元素所在位置，具體公式如下：

其中，r_n表示待加密圖像一維數(shù)組P中元素p_n待交換位置，pos(q_n)函數(shù)表示元素q_n在logistic映射狀態(tài)變量數(shù)組Q＝{q₀,q₁,…,q_3×W×H-2}中的位置，即n；abs(q_n)函數(shù)表示元素q_n的絕對值；sig(num,m)函數(shù)表示num的前m位有效數(shù)字；mod(num₁，num₂)函數(shù)表示num₁除以num₂的余數(shù)，len(P)表示待加密圖像一維數(shù)組P的長度；

步驟4-1所述的生成擴散密鑰流序列，具體如下：

步驟4-1-1、預(yù)迭代Lü系統(tǒng)，使其充分進入混沌狀態(tài)；

步驟4-1-2、正式對Lü系統(tǒng)進行迭代，將每次迭代獲得的3個狀態(tài)變量存入一維數(shù)組S＝{s₀，s₁，...，s_3×W×H-1}，獲得Lü系統(tǒng)狀態(tài)變量數(shù)組，該數(shù)組的長度與待加密圖像一維數(shù)組相同；

步驟4-1-3、對Lü系統(tǒng)狀態(tài)變量數(shù)組進行量化，獲得擴散密鑰流序列；

所述的擴散密鑰流序列為K＝{k₀，k₁，...，k_3×W×H-1}，具體公式如下：

k_e＝mod[sig((abs(s_e)，m)，2⁸] (4)

其中，k_e表示擴散密鑰流序列中第e個元素，s_e表示Lü系統(tǒng)狀態(tài)變量數(shù)組中第e個元素，e＝0，1，…，3×W×H-1，W表示待加密圖像的寬度，H表示待加密圖像的高度，sig(num，m)函數(shù)表示num的前m位有效數(shù)字；mod(num₁，num₂)函數(shù)表示num₁除以num₂的余數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有明文相關(guān)置亂機制的快速混沌圖像加密方法，其特征在于，步驟4-2所述的根據(jù)擴散密鑰流序列，對置亂處理后的待加密圖像一維數(shù)組中的每一個元素實施加密；

加密公式，具體如下：

其中，c_e表示對置亂處理后的待加密圖像一維數(shù)組中第e個元素p′_e加密得到的密文值，k_e表示擴散密鑰流序列中第e個元素，e＝0，1，…，3×W×H-1，W表示待加密圖像的寬度，H表示待加密圖像的高度，mod(num₁，num₂)函數(shù)表示num₁除以num₂的余數(shù)，c_e-1表示前一個元素的密文值，初始值c_-1為取值范圍在[0，2⁸]的整型常量，表示按位異或操作。