[發明專利]基于Lorenz系統最優序列和K-L變換的圖像加密方法

有效

• 申請號: 201710485570.8
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107341757B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 丁群;張琦;馮凱;黃欣
• 申請（專利權）人: 黑龍江大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

本發明公開一種基于Lorenz系統最優序列和K?L變換的圖像加密方法，選擇了Lorenz混沌系統作為密鑰發生器。同時又引入了K?L變換方法，有效地改善了加密結果在相鄰像素相關性測試中的表現，同時此種方法在后續硬件實現中也比較容易實現，最終得到了本文提出的基于Lorenz系統最優序列和K?L變換的圖像加密算法，在算法安全性與算法速度二者間達到了很好的平衡。本發明的加密算法簡單并且易于實現，解決了圖像置換算法速度較慢的問題，同時又避免了圖像置亂算法的安全性不足的問題，在算法安全性和算法速度二者間達到了很好的平衡；進一步提高了圖像像素相關性的指標，使最終獲得的圖像加密算法安全性進一步提高。

技術領域

本發明涉及一種基于Lorenz系統最優序列和K-L變換的圖像加密方法。

背景技術

在現代的科技生活中，網絡信息傳播速度越來越快，數字圖像由于其易復制和傳播的特點，廣泛的作為信息的載體來達到信息的傳遞，但是在傳遞圖像過程中所攜帶的信息的安全性則更加值得關注，所以數字圖像加密算法應運而生，數字圖像加密的意義在于，使信息截獲者不能識別圖像中所傳遞的信息，通過數字圖像加密算法，使數字圖像從視覺上達到無法辨認的效果。數字圖像雖然也是信息中的一種，但是其不同于數據信息，首先圖像數據量一般較大，而且像素之間相關性較強，以及圖像數據具有二維分布等特點，這使得圖像加密算法的選擇上會與數據加密不同，這些年學者們提出了很多對于數字圖像的加密算法，這些算法的基本思想基本可以分為兩類，那就是圖像像素的置亂以及圖像像素的置換。

圖像置亂是一種在早期的圖像加密算法中使用較多的加密算法，其加密原理就是將圖像看成是一個二維矩陣，通過置亂算法改變圖像像素的位置，使其雜亂無章已到達視覺上無法辨認原圖的加密效果，典型的方法有Arnold變換算法、幻方變換算法、以及一些其他置亂算法等等，這些方法是一種比較容易實現的圖像加密算法，對于數據量較大的圖像來說，在運算速度上有明顯的優勢，同時加密結果無冗余度。

單純的使用圖像像素置亂來加密圖像的缺點也比較突出，由于其只是改變了圖像的像素位置，并沒有改變圖像像素值，所以加密結果并沒有改變圖像的統計特性，加密后的圖像直方圖與原始圖像相同，其加密結果雖然達到了視覺上的無法辨認，但是不能抵抗統計攻擊，加密效果不是很好，相對來說安全性不高。

由于圖像置亂加密有著諸多缺點，根據圖像特點研究者提出了新的圖像加密算法，即圖像的置換算法。之前提到的圖像置亂算法中是在空間域上對圖像進行的加密運算，而圖像像素置換加密算法是通過改變圖像像素的值來達到加密的效果，置換算法是將圖像轉換成可運算的值，在用其他算法產生的加密數據與圖像數據運算以達到圖像數據的根本改變，普遍的加密算法包括序列圖像加密以及分組圖像加密。

圖像置換算法在速度上沒有圖像置亂操作的速度快，尤其當圖像置換法采用分組加密方式時，在圖像加密速度上有明顯缺陷。分組加密方式是將圖像數據以固定的分組長度，進行分組迭代加密運算，經過多次分組最終達到整幅圖像的加密結果，如典型的AES和DES算法。

發明內容

針對圖像置亂算法與圖像置換算法的缺點，提出一種基于Lorenz系統最優序列和K-L變換的圖像加密方法，在算法安全性與算法速度二者間達到了很好的平衡。

本發明所采用的技術如下：一種基于Lorenz系統最優序列和K-L變換的圖像加密方法，步驟如下：

(一)Lorenz系統最優序列的產生

選取歐拉法對Lorenz混沌系統進行離散化并獲得實值序列，然后進行量化，步驟如下：

(1)將實值序列值去掉負號，即都取正值；

(2)將實值序列值的小數點向后移動5位；

(3)將所有實值序列值去掉小數部分，即取整；