[發明專利]一種基于混沌映射的圖像加密算法及系統

在審

• 申請號: 201710671183.3
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107481294A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 王永;趙毅;曹慧英;周慶;鄧江洲;郭慧芳
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00;H04L9/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司50102
• 代理人: 劉小紅

技術領域

本發明屬于基于混沌的圖像加密算法領域，具體涉及一種基于混沌映射的圖像加密算法及系統。

背景技術

基于混沌的圖像加密算法即利用混沌映射實現對圖像的加密，隱藏明文圖像中的信息的目的。

隨著近年來互聯網技術的發展，電子銀行、APP、網絡會議飛速發展，信息安全領域得到越來越多的關注。私密信息的安全也引起人們的注意。與傳統的加密算法相比，基于混沌的加密算法工作在無限的連續實數集上，傳統的加密系統有時并不適合圖像加密領域，因此基于混沌的圖像加密算法為數字圖像加密提供了新的思路。

基于混沌的圖像加密算法的過程通常包括兩個階段，即像素位置的置亂和灰度值的擴散兩個階段，并通過不斷重復以上兩個階段達到增強安全性的目的。

發明內容

本發明旨在解決以上現有技術的問題。提出了一種加密和解密過程不需要對硬件基本模塊進行修改并且大大節省FPGA實現所需的資源的基于混沌映射的圖像加密算法及系統。本發明的技術方案如下：

一種基于混沌映射的圖像加密算法，其包括以下步驟：

101、對明文圖像進行預處理分割成若干處理單元PE；

102、對每個處理單元PE中的元素進行混合操作；即將處理單元PE中的每個元素pe_ij加起來得到Sum(PE)，即：

Sum(PE)＝∑∑pe_ij(2.1)

然后將Sum(PE)與每個元素進行加操作后的結果替代此元素；即：

pe_ij＝Sum(PE)+pe_ij(2.2)

103、對每個處理單元PE中的元素進行加變換；生成與處理單元PE大小相同的密鑰K，讓K與PE進行加操作，即：

C＝PE+K(2.3)

104、以處理單元PE中每個元素的值做為S盒的地址，取出S盒地址的值來替換原元素，即：

pe_ij＝Sbox(pe_ij)(2.4)；

105、對每個處理單元PE進行Kolmogorov變換，將處理單元PE中位于坐標(x,y)的元素置亂到處理單元PE中的另一位置T_no(x,y)，即：

T_no(x,y)＝(p_s(x-F_s)+(ymodp_s),F_s+(ydivp_s))(2.5)，

其中，o＝(n1,n2,…nk)，即將PE分為以o為長的單元塊；Ps＝1/ns；Fs＝n1+n2+…+ns，當s＝0時，F0＝0；

106、針對加密的需求對每個處理單元PE重復步驟102-105若干輪次，直到

進一步的，所述步驟104以處理單元PE中每個元素的值作為S盒的地址具體包括：將處理單元PE中的8個像素作為一個數據來置換S-Box內的一個新數據，如果所用到的顯示器是支持256級灰度圖像的，則只需要將每個象素作為一個數據來進行S-Box變換。

一種基于混沌映射的圖像加密系統，其包括主控Control模塊、混合變換M模塊、加變換A模塊、S盒置換模塊、K變換模塊和LCD模塊，所述主控Control模塊是整個系統的控制模塊，分別通過五條主控制線啟動混合變換M模塊、加變換A模塊、S盒置換模塊、K變換模塊和LCD模塊的使能信號并輸入是否解密操作信號，使得上述模塊從RAM中讀取原數據，在各操作模塊中處理原數據，最后再將結果存入RAM中；所述混合變換M模塊，用于將處理單元PE中的每個元素加起來，得到Sum(PE)，然后將Sum(PE)與每個元素進行加操作后的結果替代此元素；加變換A模塊，進行完混合變換之后生成與PE的長度大小相同的密鑰K，讓K與PE進行加操作，即位的XOR異或操作；S盒置換模塊，以PE中每個元素的值做為S盒的地址，取出此地址的值來替換原元素；K變換模塊，用于將每個PE進行Kolmogorov變換，即將PE中位于坐標(x,y)的元素置亂到PE中的另一位置T_no(x,y)；LCD模塊，用于將RAM內數據顯示在液晶顯示器上。

進一步的，所述RAM模塊僅有一個PE大小的數據空間，存儲每個元素的值，通過讀寫控制線來決定操作，讀信號來時，從地址線讀取地址，取出RAM中的數據放到地址線上；寫信號來時，將數據線上的數據寫入地址線對應的位置。讀寫控制線都是由外部模塊控制的。

本發明的優點及有益效果如下：