[發(fā)明專利]基于混合圖元和全排列的多圖像加密方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611137778.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN106604040A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張曉強(qiáng);封召;金振超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/88
• 分類號(hào): H04N19/88;H04N19/17;G06T1/00;H04L9/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種信息加密技術(shù)，特別是涉及一種多圖像加密方法。

背景技術(shù)

在諸多領(lǐng)域，每天都會(huì)產(chǎn)生海量的數(shù)字圖像，如軍事偵探，自然災(zāi)害監(jiān)控，交通監(jiān)控，天氣預(yù)報(bào)，電子政務(wù)，以及個(gè)人事務(wù)等。同時(shí)，近年，各種拍攝設(shè)備的大量涌現(xiàn)也加速了大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)。例如：一臺(tái)普通的單反相機(jī)每秒鐘能拍攝3到5張圖像，一個(gè)交通攝像頭每天能采集成千張圖像。在大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)字圖像經(jīng)常攜帶許多秘密信息。隨著計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，多媒體安全，特別是圖像安全已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的重要挑戰(zhàn)之一。

為確保圖像的安全傳輸，研究者提出了許多種單幅圖像加密方法。如：基于現(xiàn)代密碼體制的圖像加密方法、基于矩陣變換的圖像加密方法、基于混沌的圖像加密方法、基于變換域的圖像加密方法和基于DNA計(jì)算的圖像加密方法。

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，盡管多幅圖像可通過重復(fù)多次執(zhí)行單幅圖像加密算法來(lái)完成，但是加密效率往往難以令人滿意。多圖像加密作為一種新的多媒體安全技術(shù)，具有高效的特征，逐漸引起人們的關(guān)注。研究者們提出了一些基于光學(xué)信息處理系統(tǒng)的多圖像加密算法。例如：基于小波變換的多圖像加密方法、基于級(jí)聯(lián)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的多圖像加密方法等。然而，這些方法中的大部分都是就基于變換域?qū)D像進(jìn)行加密，并常常與圖像壓縮技術(shù)結(jié)合。因此，解密圖像往往存在一些明顯的失真。同時(shí)，這些算法要求圖像數(shù)據(jù)在空間域和變換域之間來(lái)回變換，從而使得這些方法的加密效率往往難以令人滿意。在基于數(shù)字信息處理手段方面，目前有一種基于位平面和混沌映射的多圖像加密方法，由于復(fù)雜的運(yùn)算，該方法的加密效率仍難以令人滿意。因此，在定義了純圖元和混合圖元概念的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種基于混合圖元和全排列的多圖像加密方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：針對(duì)現(xiàn)有多圖像加密方法效率低、安全性弱和解密圖像存在明顯失真等問題，提出一種基于混合圖元和全排列的多圖像加密方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案為基于混合圖元和全排列的多圖像加密方法，包括如下步驟：

步驟1：將原始圖像分割成純圖元集；

步驟2：利用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生全排列；

步驟3：按照全排列順序置亂純圖元；

步驟4：組合混合圖元；

步驟5：利用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生混沌圖像；

步驟6：利用混沌圖像改變混合圖元的內(nèi)容。

進(jìn)一步地，所述步驟1中，為加密k幅m×n等大小的原始圖像 I¹_m×n, I²_m×n, …, I^k_m×n，發(fā)送方Alice將這k幅圖像分割成k個(gè)純圖元集，在此，令純圖元的大小均為s×s，計(jì)算：

m_x=m/s， （1）

n_y=n/s，（2）

其中，s<min{m, n}為正整數(shù)且滿足mod(m, s)=0和mod(n, s)=0，因此，純圖元的總數(shù)目為k×m_x×n_y。

進(jìn)一步地，所述步驟2中，分段線性混沌映射（Piecewise linear chaotic map，PWLCM）定義為

，（3）