[發明專利]一種基于明文特征的圖像置亂方法

有效

• 申請號: 201711248754.9
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN107944286B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 平萍;樊金陽;吳金杰;毛鶯池;許國艷;戚榮志
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06T1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于明文特征的圖像置亂方法，利用明文圖像的明文特征對初值產生擾動，使得圖像的置亂不僅依賴于密鑰還依賴于圖像的本身，明文圖像的細小變化都會導致置亂圖像的不同，同時圖像的置亂不會改變像素值，不需要額外的傳遞明文特征值。此外，本方法不僅實現了圖像的快速置亂，且抗攻擊能力強，能抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊，且恢復圖像的可讀性不受影響。

技術領域

本發明涉及信息安全領域中的圖像保密技術，尤其是一種基于明文特征的圖像置亂方法。

背景技術

數字圖像置亂是指將圖像像素值變化位置，消除位置或灰度相關性，從而使人類或計算機系統無法理解原始圖像的含義。數字圖像的置亂技術，可以看做數字圖像加密的一種途徑，也可以用作數字圖像隱藏、數字水印圖像植入和數字圖像秘密共享的預處理和后處理過程。

常見的圖像置亂方法有Arnold變換、Fibonacci-Q變換、幻方變換、騎士巡游變換、Hilbert曲線、Conway游戲、混沌排序方法等。其中，以Arnold變換、Fibonacci-Q變換和幻方變換為代表的圖像置亂算法在圖像加密、信息隱藏和數字水印領域中應用最為廣泛，它們具有變換陣構造簡單、置亂實現容易等特點，且能抵御剪切、添加噪聲等常規圖像攻擊，但缺點是很多圖像置亂算法都難以抵抗選擇明文和已知明文攻擊。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的缺陷，本發明旨在提供一種基于明文特征的圖像置亂方法，只需要較少的置亂次數就能獲得較好的置亂效果，并且置亂結果依賴于明文特征，具有很強的抵抗力，可以抵御已知明文攻擊和選擇明文攻擊。

技術方案：一種基于明文特征的圖像置亂方法，包括如下步驟：

(1)根據明文圖像計算兩個明文特征val1和val2，其表達式為：val1＝∑_i,jP(i,j)mod 256，val2＝∑_i,jP(i,j)²mod 256；

其中，i和j分別代表像素點的位置，即在第i行的第j列；∑_i,jP(i,j)是求和公式，將圖像內位置為(i,j)的像素值累加起來，其中i的范圍是(1,r)，j的范圍是(1,c)，r和c分別是圖像的行數和列數；

(2)計算兩個擾動值α₁和α₂，其表達式為：(3)對Henon映射的初值進行擾動，擾動方法為：

式中，x′₀是經上述公式計算產生后的擾動值；y′₀是經過上述公式計算產生后的擾動值；符號代表向下取整；符號“±”是指取“+”或者取“-”；當取“+”時，如果x′₀或y′₀的值有一個不在-1至1的范圍內，則對應產生x′₀或y′₀的方法取“-”；當取“-”時，如果x′₀或y′₀的值有一個不在-1至1的范圍內，則對應產生x′₀或y′₀的方法取“+”；

(4)對擾動后的圖像進行置亂，得到加密后的圖像C_k。

進一步的，所述步驟(4)具體包括如下子步驟：

(4.1)設定圖像置亂次數為k，將(x′₀,y′₀)作為Henon映射的初值，Henon映射迭代L次，產生序列x₁,x₂……x_L和y₁,y₂……y_L，Henon映射的表達式為：