[發(fā)明專(zhuān)利]一種明文關(guān)聯(lián)的分?jǐn)?shù)階混沌圖像加密方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811596975.X
• 申請(qǐng)日: 2018-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109918922A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周?chē)?/a>;吳周青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F21/60
• 分類(lèi)號(hào): G06F21/60;H04L9/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提出了一種明文關(guān)聯(lián)的分?jǐn)?shù)階混沌圖像加密方法。首先本發(fā)明采用的混沌系統(tǒng)是一個(gè)四維的分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)，相比于混沌系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性更加復(fù)雜，密鑰空間更大，用于加密更有優(yōu)勢(shì)。其次針對(duì)現(xiàn)在大多數(shù)明文關(guān)聯(lián)加密算法只是在擴(kuò)散階段或置亂階段與明文相關(guān)，為了進(jìn)一步提高抗明文攻擊能力，本發(fā)明的圖像加密方法不僅圖像像素?cái)U(kuò)散與明文相關(guān)而且圖像位置置亂也與明文相關(guān)，圖像像素?cái)U(kuò)散采用的是二級(jí)密鑰明文關(guān)聯(lián)加密算法，圖像位置置亂采用的是明文關(guān)聯(lián)圖像加密算法。實(shí)驗(yàn)仿真可得，該方法不僅能很好的抵抗統(tǒng)計(jì)特性分析，還能有效抵抗選擇明文攻擊和選擇密文攻擊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像加密領(lǐng)域，具體涉及一種明文關(guān)聯(lián)的分?jǐn)?shù)階混沌圖像加密方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，人們表達(dá)信息的方式越來(lái)越多樣化，圖 像、語(yǔ)音和視頻等多媒體數(shù)據(jù)通過(guò)社交網(wǎng)絡(luò)方便、快捷、實(shí)時(shí)的在各種互聯(lián)網(wǎng)終端上呈現(xiàn)、 復(fù)制和傳播。其中，圖像可以形象直白地傳遞信息，人們也更愿意接收?qǐng)D像信息，所以數(shù)字 圖像在大家的日常生活中得到廣泛應(yīng)用，與我們的網(wǎng)絡(luò)生活息息相關(guān)。然而數(shù)字圖像在網(wǎng)絡(luò) 上傳輸也存在著諸多的安全隱患。圖像的傳輸網(wǎng)絡(luò)環(huán)境并不一定是安全的，可能有網(wǎng)絡(luò)漏洞 的存在，由于利益或其他目的的驅(qū)使，網(wǎng)絡(luò)黑客可以利用這些漏洞對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行攻擊。2015 年，根據(jù)CNCERT監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，我國(guó)網(wǎng)絡(luò)個(gè)人信息泄露、網(wǎng)絡(luò)虛假信息傳播等方面的安全事件 數(shù)量呈上升趨勢(shì)。在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)膱D像信息常常涉及到個(gè)人隱私、商業(yè)機(jī)密，甚至是國(guó)家機(jī) 密，如果這些信息被非法瀏覽、竊取、篡改或者惡意攻擊，將產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，造成巨大的 經(jīng)濟(jì)損失，甚至危及國(guó)家安全等。因此如何保證圖像信息在網(wǎng)絡(luò)中安全傳輸?shù)膯?wèn)題越來(lái)越受 到人們的重視。

圖像加密技術(shù)是通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行加密操作，將圖像明文信息轉(zhuǎn)變成雜亂無(wú)章的類(lèi)隨機(jī)噪 聲，網(wǎng)絡(luò)竊聽(tīng)者在不知道密鑰的情形下是無(wú)法識(shí)別這類(lèi)噪聲信息的，這樣圖像數(shù)據(jù)在傳輸中 就可以得到有效的保護(hù)。傳統(tǒng)的密碼系統(tǒng)都是針對(duì)文本信息設(shè)計(jì)的，從理論上講，數(shù)字圖像 信息也可以使用這些傳統(tǒng)密碼系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行加密。但是畢竟沒(méi)有考慮到數(shù)字圖像信息的特點(diǎn)， 不是針對(duì)圖像數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)的，因此效率非常低且加密效果也不是很理想。由于混沌系統(tǒng)對(duì)于初 始值和參數(shù)的敏感性以及后期生成的序列的偽隨機(jī)性正好與密碼學(xué)中的某些原則極其近似， 學(xué)者們開(kāi)始設(shè)想把混沌應(yīng)用于加密技術(shù)，并且提出了一系列的混沌加密算法。基于混沌的圖 像加密算法研究開(kāi)始階段主要基于Shannon提出的置亂和擴(kuò)散框架。首先，在置亂階段利用 混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌序列來(lái)置亂像素點(diǎn)的位置；其次，在擴(kuò)散階段主要是通過(guò)改變像素點(diǎn)的 像素值來(lái)獲取更好的加密效果。目前混沌圖像加密算法存在的主要問(wèn)題是不能有效抵抗統(tǒng)計(jì) 特性分析、選擇明文攻擊等問(wèn)題，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題提出了一種明文關(guān)聯(lián)的分?jǐn)?shù)階混沌圖像加密 方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要針對(duì)混沌加密算法存在的安全性問(wèn)題，提出了一種明文關(guān)聯(lián)的分?jǐn)?shù)階混沌圖 像加密方法，該方法不僅能很好的抵抗統(tǒng)計(jì)特性分析和選擇明文(密文)攻擊，還具有大的密 鑰空間和良好的加密效果。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

首先采用分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)代替混沌系統(tǒng)，由于分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)具有記憶特性，使系統(tǒng)的 動(dòng)力學(xué)特性更加復(fù)雜，并且引入了分?jǐn)?shù)階階數(shù)，增加了系統(tǒng)參數(shù)，所以采用分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng) 可以提高加密算法的抗統(tǒng)計(jì)特性分析能力和加大加密算法的密鑰空間。其次為了更好的提高 抗選擇明文(密文)攻擊能力，擴(kuò)散階段和置亂階段都采用與明文關(guān)聯(lián)的加密算法。

下面首先介紹本發(fā)明采用的分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)和采用的數(shù)值方法，然后介紹本發(fā)明提出的 加密方案。

1分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)

本發(fā)明使用的分?jǐn)?shù)階混沌系統(tǒng)是一個(gè)新的系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)具有四翼的四維分?jǐn)?shù)階混 沌系統(tǒng)，如式(1)所示。

其中q_i(i＝1,2,3,4)為分?jǐn)?shù)階階數(shù)，為分?jǐn)?shù)階微分算子，a和t為微分上下限。