[發明專利]基于雙混沌交叉擴散的彩色圖像加密和解密方法及系統

有效

• 申請號: 201710723704.5
• 申請日: 2017-08-22
• 公開（公告）號: CN107330338B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 焦鉻;段凱文;戴志偉
• 申請（專利權）人: 衡陽師范學院
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06T1/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

本發明公開了一種基于雙混沌交叉擴散的彩色圖像加密和解密方法及系統，首先隨機產生Logistic和ChebyShev迭代的參數，再輸入Logistic和ChebyShev迭代所需的初始密鑰，多次迭代消除暫態后用Logistic、ChebyShev分別再迭代3次，用迭代的結果分別作為加密時的初始密鑰，從而從實際上增大密鑰空間。然后取圖片中像素點，若像素點位置所對應數值為奇數則用ChebyShev迭代得到加密密鑰，否則用Logistic迭代得到加密密鑰，從而減少相鄰像素點間的相關性。然后用本像素點的R、G、B三個通道分別與前一個已經加密完成的像素點的R＇、G＇、B＇分別做異或操作以擴散。本發明在確保安全性的前提下減少迭代次數，可以減少加密時間，提高效率，特別適合對實時性要求較高的手機、平板電腦等移動設備的圖像加密。

技術領域

本發明涉及圖像加密領域，特別涉及一種基于雙混沌交叉擴散的彩色圖像加密和解密方法及系統。

背景技術

隨著信息技術的快速發展，越來越多的圖像數據在網絡上進行傳輸，圖像信息的私密性、安全性和可靠性越來越受到人們的重視，其中部分數據由于個人隱私、版權等安全原因，需要進行加密傳輸。傳統的加密算法對圖像加密時首先要把圖像數據轉換為一維的，解密時還要把其轉換為二維或三維數據，同時由于圖像數據還具有信息量大、冗余度高的特性，因此傳統加密算法對圖像進行加密和解密，效率較低，安全性差。

基于混沌理論的圖像加密可以高效率的產生數量巨大的偽隨機序列，生成的混沌序列具有很高的隨機性，能滿足密碼學對安全性的要求；混沌序列由確定的映射公式生成，能滿足解密的要求。因此混沌理論與密碼學之間有著緊密的聯系，這也促使著混沌學在圖像加密中的快速發展。

混沌系統在圖像加密中的常用方法是將混沌系統的初始值或者控制參數作為加密系統的密鑰，然后將混沌映射經過多次迭代產生的混沌序列對圖像進行加密，從而將原始圖像和密鑰進行混合和擴散，常用的混沌映射有Logistic映射、Chebyshev映射等。與傳統的圖像加密技術對比，基于混沌的圖像加密技術有著密鑰空間大、加密速度快以及易實現等優點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于雙混沌交叉擴散的彩色圖像加密和解密方法及系統，能夠大大增加密鑰空間，具有更高的安全性和加密效率，具有更短的加密時間，具有更小的相鄰像素點間的相關性，具有更強的抗差分攻擊能力，更適合于移動設備的圖像加密。

本發明的技術方案是：

一種基于雙混沌交叉擴散的彩色圖像加密方法，包括以下步驟：

(1)取圖像大小為M*N的彩色圖像I；

(2)將圖像I的像素值二維矩陣轉換成一維矩陣A[0,M*N-1]；

(3)隨機產生兩個密鑰分別為key[0]和key[1]，key[0]∈(0,1)，key[1]∈[-1,1]，其中key[0]作為Logistic迭代的初始密鑰，key[1]作為ChebyShev迭代的初始密鑰；

(4)以key[0]為初始密鑰，用Logistic映射迭代至少100次后，再用ChebyShev迭代3次，將這3次ChebyShev迭代產生的結果取絕對值后分別保存在ChebyShev_x[0]、ChebyShev_x[1]、ChebyShev_x[2]中；

(5)以key[1]為初始密鑰，用ChebyShev映射迭代至少100次后，再用Logistic迭代3次，將這3次Logistic迭代產生的結果取絕對值后分別保存在Logistic_x[0]、Logistic_x[1]、Logistic_x[2]中；