[發明專利]基于相鄰像素約瑟夫變換和Mealy狀態機的圖像加密方法

有效

• 申請號: 202011524802.4
• 申請日: 2020-12-22
• 公開（公告）號: CN112769545B
• 公開（公告）日: 2022-01-28
• 發明（設計）人: 張勛才;李林偉;劉鵬;?，?/a>;岳偉超;王鳳仙;任杭麗;王延峰;楊飛飛;張曲遙;張峰升;張建偉
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/06;H04L9/08
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

1.一種基于相鄰像素約瑟夫變換和Mealy狀態機的圖像加密方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：將大小為M*N的原始的灰度圖像P轉換成二維矩陣P₁；

步驟二：計算灰度圖像P的哈希值和灰度圖像P像素值的平均值，根據哈希值、平均值及給定值分別計算2D-LSCM混沌映射和Lorenz混沌映射的初始值；

步驟三：根據二維希爾伯特曲線的掃描路線，將二維矩陣P₁進行像素級置換，從而置亂成一維向量得到一維的像素序列P₂；

步驟四：將2D-LSCM混沌映射的初始值代入2D-LSCM混沌映射并進行迭代，得到2個長度為M*N的混沌序列LSX和混沌序列LSY；對混沌序列LSX和LSY進行處理分別得到序列LSX'和序列LSY'，以序列LSX'為起點、LSY'為步長，利用約瑟夫遍歷對像素序列P₂的相鄰像素的二進制位進行相鄰像素點間比特置亂，得到像素序列P₃；

步驟五：利用Lorenz混沌映射的初始值對Lorenz混沌映射進行迭代，得到3個長度為4*M*N的序列LOX、LOY和LOZ，對序列LOX、LOY和LOZ進行處理分別得到新的序列為LOX'、LOY'和LOZ'；其中，序列LOX'中元素用于規則選擇，根據DNA編碼技術將像素序列P₃轉換為DNA序列P₄；

步驟六，利用Mealy狀態轉換機將DNA序列P₄作為輸入、LOY'作為轉換狀態，得到新的DNA序列P₅；

步驟七、將序列LOZ'中元素用于編碼規則選擇，根據DNA編碼技術，將DNA序列P₅轉換為二進制序列，進而轉換為十進制序列，恢復成矩陣形式，得到密文圖像P₆。

2.根據權利要求1所述的基于相鄰像素約瑟夫變換和Mealy狀態機的圖像加密方法，其特征在于，所述計算灰度圖像P的哈希值的方法為：使用SHA-3算法對灰度圖像P進行加密運算得到256位的二進制值哈希值H；

所述計算2D-LSCM混沌映射和Lorenz混沌映射的初始值的方法為：

將哈希值H按字節劃分為32個字節并表示為：h₁,h₂,…,h₃₂，則初始值為：

其中，x′₀₁、y′₀₁、θ′₀、x′₀₂、y′₀₂和z′₀₂為給定值，x₀₁、y₀₁和θ為二維Logistic-Sine耦合映射的初始值，x₀₂、y₀₂和z₀₂為Lorenz混沌映射的初始值，Avg為灰度圖像P的像素值的平均值，取模函數mod(x1,y1)表示x1除以y1的余數，H_e為哈希值H的第e位二進制值，⊕為異或運算。

3.根據權利要求1或2所述的基于相鄰像素約瑟夫變換和Mealy狀態機的圖像加密方法，其特征在于，所述2D-LSCM混沌映射是由一維混沌映射Logistic映射和Sine映射融合得到，數學表達式為：

其中，x_i1和y_i1為第i1次迭代得到的元素值，x_i1+1和y_i1+1為第i1+1次迭代得到的元素值，sin為正弦函數；當系統參數θ∈[0,1]時，2D-LSCM混沌映射處于混沌狀態；

所述Lorenz混沌映射的動力學方程為：

其中，和分別是狀態變量x、y和z的導數，α、β、γ為系統參數，在保持系統參數α，γ不變的情況下，β≥24.74時，Lorenz混沌映射進入混沌狀態。