[發(fā)明專利]基于三維置亂模型和混沌的圖像加密方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810938123.8
• 申請日: 2018-08-17
• 公開（公告）號: CN109241755B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉強(qiáng);王雪松;程玉虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于三維置亂模型和混沌的圖像加密方法，其特征在于，加密過程包括如下步驟：

步驟1：混沌序列產(chǎn)生：令原始圖像I，其大小為m×n；隨機(jī)選取分段線性混沌映射（Piece-Wise Linear Chaotic Map，PWLCM）的初始值z₀¹和參數(shù)p¹按如下公式迭代m次，獲得一個混沌序列Z¹={ z_i¹}_m；

，

其中，控制參數(shù)p∈(0, 0.5)；對Z¹進(jìn)行計算：

r_i¹=mod(floor(z_i¹×10¹⁶), m)， （1）

其中，z_i¹∈Z¹，R¹={r_i¹}_m，floor( )是取整函數(shù)；再次隨機(jī)選取另外一個分段線性混沌映射的初始值z₀²和參數(shù)p²，迭代該映射n次，獲得一個混沌序列Z²={ z_i²}_n，并計算：

r_i²=mod(floor(z_i²×10¹⁶), n)， （2）

其中，z_i²∈Z²，R²={ r_i²}_n；

步驟2：混沌矩陣產(chǎn)生：隨機(jī)選取二維Logistic映射的初始值x₀, y₀和控制參數(shù)r₁, r₂,s₁, s₂按如下公式迭代m×n次，可得2個混沌序列X={x_i}_mn和 Y={y_i}_mn；

，

其中，控制參數(shù)r₁∈(2.75, 3.4]，r₂∈(2.75, 3.45]，s₁∈(0.15, 0.21]和s₂∈(0.13,0.15]；對X和Y進(jìn)行計算：

c_i¹=mod(floor(x_i×10¹⁶), 8)， （3）

c_i²=mod(floor(y_i×10¹⁶), 256)， （4）

其中，x_i∈X，y_i∈Y；依據(jù)元素位置，將混沌序列{c_i¹}_mn轉(zhuǎn)換成一個大小為m×n的混沌矩陣C¹，將混沌序列{c_i²}_mn轉(zhuǎn)換成一個大小為m×n的混沌矩陣C²；

步驟3：三維置亂模型置亂：首先，利用混沌序列R¹，對I執(zhí)行行置亂，生成對應(yīng)的置亂結(jié)果I^r；其次，利用混沌序列R²，對I^r執(zhí)行列置亂，可得置亂結(jié)果I^c；最后，利用混沌矩陣C¹，對I^c執(zhí)行位平面置亂，生成對應(yīng)的置亂結(jié)果I^e；

步驟4：圖像擴(kuò)散：利用混沌矩陣C²，對I^e按照如下公式進(jìn)行圖像擴(kuò)散操作，獲得加密圖像J；

J=I^e⊕C²，

其中，⊕為異或運算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3中，三維置亂模型是指行置亂、列置亂和位平面置亂；其中，行置亂是指每次僅對一行像素位置進(jìn)行向左或向右循環(huán)移位操作，即對I的第i行像素，i=1, 2, …, m，執(zhí)行r_i∈R¹次向左或向右循環(huán)移位；列置亂是指每次僅對一列像素位置進(jìn)行向上或向下循環(huán)移位操作，即對I^r的第j列像素，j=1, 2, …,n，執(zhí)行r_j∈R²次向上或向下循環(huán)移位；位平面置亂是指灰色圖像的每個像素值用8個bit位來表示，所有像素相同位值的bit位0或1構(gòu)成一個位平面矩陣，簡稱位平面，那么一幅灰色圖像共有8個位平面，置亂操作在這8個位平面之間進(jìn)行，且每次僅對8個位平面相同位置的bit位值進(jìn)行向前或向后循環(huán)移位操作，即對I^c的第i行第j列像素I_ij^1c，i=1, 2, …, m，j=1, 2, …, n，執(zhí)行c_ij∈C¹次向前或向后循環(huán)移位。