[發(fā)明專利]一種用于靜止圖像的基于混沌密鑰加密方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611173169.2
• 申請(qǐng)日: 2016-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108205793A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 左敬龍;余桂蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東石油化工學(xué)院
• 主分類號(hào): G06T1/00
• 分類號(hào): G06T1/00
• 代理公司: 北京華智則銘知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11573
• 代理人: 陳向敏

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于靜止圖像的基于混沌密鑰加密方法，該方法包括進(jìn)行控制參數(shù)、初始條件和其他變量的初始化；執(zhí)行M×N×b次回路，M和N分別表示明文圖像的寬度和高度，b表示一個(gè)像素的字節(jié)數(shù)；通過(guò)使用分段線性混沌映射生成用于接下來(lái)的S盒和P盒的參數(shù)；用前一個(gè)回路生成的密文字節(jié)來(lái)簡(jiǎn)單掩蔽當(dāng)前的明文字節(jié)；執(zhí)行r輪的前述代換S盒與置P盒。本發(fā)明與近來(lái)提出的基于混沌密鑰的算法不同，改善了混沌映射的平衡特性；在C++環(huán)境下做了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明算法是有效的，在保持加密算法性能的情況下，可以同時(shí)保證并大大改善圖像的壓縮比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)上圖像的壓縮和加密處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于靜止圖像的基于混沌密鑰加密方法。

背景技術(shù)

一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)傳輸尤其是靜止圖像的傳輸必須達(dá)到兩個(gè)目標(biāo)，公共通訊網(wǎng)絡(luò)所負(fù)荷的數(shù)據(jù)的限量還原以及發(fā)送信息的最大安全性(Li等，2009；Hussain等，2015；Lu等，2016)。信息安全性是指數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)認(rèn)證以及數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性。數(shù)據(jù)保密性是這一研究中所感興趣的，在于將數(shù)據(jù)對(duì)所有那些未被授權(quán)的人士進(jìn)行保密。為了達(dá)到這兩個(gè)目標(biāo)，有必要采用加密壓縮方法。對(duì)于加密方法來(lái)說(shuō)，多尺度變換由于可以兼顧基本結(jié)構(gòu)以及圖像中包含的小細(xì)節(jié)，顯得很有意思(Yang等，2009；Mao等，2004；Liu等，2015)。最近，基于混沌映射的圖像加密方法因有進(jìn)行數(shù)字多媒體加密的潛力而引起了廣泛關(guān)注(Yen等，2000；Li等，2000；Chen等，2004；Gao等，2008；Cheddad等，2010；Wang等，2011；Besharatei等，2013；Mirzaei等，2016)。Yen等(2000)提出了用于圖像加密的基于混沌密鑰的算法(Chaotic-key Based Algorithm，CKBA)。隨后，Li等(2000)指出CKBA的安全性被極度高估，并且CKBA易受幾種類型的攻擊。不僅可攻擊CKBA的唯密文攻擊的復(fù)雜性要求遠(yuǎn)低于原本聲稱的那樣，而且事實(shí)上Li等(2000)描述過(guò)的已知/選擇明文攻擊也可攻擊CKBA。如Li等(2000)所述，抵抗唯密文攻擊的安全性可通過(guò)密鑰長(zhǎng)度的增加而得以增強(qiáng)。所提出的基于混沌的加密方案主要采用混沌映射來(lái)生成一個(gè)隨機(jī)序列以置換明文圖像的像素，以及生成偽隨機(jī)位序列以代換這些像素，從而獲得一張加密的圖像(Riaz等，2012；Solak等，2010；Li等，2013)。然而，如此簡(jiǎn)單的對(duì)策并不能改善對(duì)抗已知/選擇明文攻擊的安全性。基于最初CKBA的思想，基于一個(gè)一維邏輯映射。這個(gè)一維邏輯映射已經(jīng)被指出不可避免地易受已知/選擇明文攻擊，而且聲稱的可抵抗唯密文攻擊的高安全性其實(shí)是其作者高估的結(jié)果。而且，邏輯映射會(huì)產(chǎn)生不平衡輸出。在統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)，JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)能更好地容許不同成像模式(客戶機(jī)/服務(wù)器、實(shí)時(shí)傳輸、圖像庫(kù)存檔、有限緩沖器和帶寬資源等)，JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)被建立來(lái)在統(tǒng)一的系統(tǒng)內(nèi)更好地為帶有不同特征(自然圖像、科學(xué)圖像、醫(yī)學(xué)圖像、遙感圖像、文本圖像與渲染的圖形等)的不同類型的靜止圖像(二值圖像、灰度圖像、彩色圖像與多組分圖像)創(chuàng)建新的圖像編碼系統(tǒng)(Skodras等，2001)。這一編碼系統(tǒng)在不影響率失真譜里其他點(diǎn)的性能且同時(shí)集成了許多有趣的功能的情況下，會(huì)提供率失真和主觀圖像質(zhì)量性能均優(yōu)于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的低比特率運(yùn)算。如下列出一些該標(biāo)準(zhǔn)的最重要的特點(diǎn)(Christopoulos等，2000)：卓越的低比特率性能，連續(xù)色調(diào)與二值壓縮，無(wú)損與有損壓縮，按像素精度和分辨率漸進(jìn)傳輸，感興趣區(qū)(Region-of-interest，ROI)編碼，開(kāi)放式架構(gòu)，對(duì)比特錯(cuò)誤的強(qiáng)健性，受防護(hù)的圖像安全性，基于內(nèi)容的描述，側(cè)通道空間信息，隨機(jī)碼流訪問(wèn)和處理。有效而完整的JPEG2000碼流被包含在連續(xù)碼流塊中。當(dāng)圖像被顯示的時(shí)候，合格的閱讀器應(yīng)該忽視掉文件中找到的首個(gè)碼流之后的所有碼流。碼塊的內(nèi)容被組織成一個(gè)由標(biāo)記、標(biāo)記段和比特流組成的集。許多基于混沌映射的圖像加密算法已經(jīng)被提出(Wong等，2008；Ye等，2012；Ye等，2013；Diaconu等，2013；Zhu，2012；Kwok等，2007)。CKBA基于一維邏輯映射。而基于混沌映射的圖像加密方法因有進(jìn)行數(shù)字多媒體加密的潛力而受到了廣泛關(guān)注。本質(zhì)上，CKBA是一個(gè)值轉(zhuǎn)換加密程序。M×N大小的圖像I的CKBA加密通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：選出2個(gè)8位機(jī)密密鑰k₁和k₂，和一維混沌系統(tǒng)的一個(gè)16位機(jī)密初始條件X(0)。迭代運(yùn)行這一混沌系統(tǒng)以生成由16位數(shù)組成的一個(gè)序列。如果I(x，y)是明文圖像I中的一個(gè)8位像素值，且0≤x<M而0≤y<N，那么相應(yīng)的密文像素由以下規(guī)則定義：