[發明專利]基于耦合映像格子模型的圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110106876.4
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112765635B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 田軍鋒;范素娟;魯祎;王雅娣;喬保軍;左憲禹
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F21/62;G06F21/64
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

本發明提供一種基于耦合映像格子模型的圖像加密方法。該方法利用明文圖像P的哈希值和外部密鑰計算得到耦合映像格子混沌系統的控制參數和初始值；然后迭代耦合映像格子系統，得到f(x)混沌序列和耦合映像格子混沌序列；利用索引矩陣對明文圖像P進行置亂操作；再利用混沌矩陣與置換圖像進行擴散操作；最后對擴散圖像進行逆向擴散操作，得到最終的密文圖像。本發明方法充分利用耦合映像格子系統映射產生的中間混沌序列，同時多次使用混沌序列，提高了混沌序列利用率，具有足夠的密鑰空間和高度的密鑰敏感性，具有較高的安全性和適用性。

技術領域

本發明涉及圖像加密技術領域，尤其涉及一種基于耦合映像格子模型的圖像加密方法。

背景技術

隨著計算機技術和網絡技術的快速發展，越來越多的圖像通過網絡進行傳輸，但是網絡的開放性和共享性對圖像信息的安全性構成了巨大威脅。因此，保證圖像傳輸的安全性就變得尤其重要，圖像加密是保護圖像安全的一種重要手段。由于圖像本身具有信息量大、冗余度高和相鄰像素相關性高的特點，使得數據加密標準(DES)、國際數據加密算法(IDEA)和改進的加密標準(AES)等傳統的加密算法的效率很低而不能滿足人們對圖像進行實時加密的需求。混沌系統是一種非線性系統，具有遍歷性、偽隨機性、不可預測性和對初始值的高度敏感性等特性，更適用于圖像加密。

但是現有的許多基于耦合映像格子(coupledmap lattice，CML)模型的圖像加密算法的f(x)函數大部分采用一維Logistic函數，但是該Logistic混沌系統存在短周期和密鑰空間不足等缺點，例如，Wang等提出基于CML的塊圖像加密算法(XYWang，XMBao.A novelblock cryptosystem based on the coupled chaotic maplattice.NonlinearDynamics,2013,72(4):707-715)，Wang等也提出了一種采用CML和DNA操作的彩色圖像加密算法(XY Wang,HL Zhang,XM Bao.Color image encryption scheme using CML and DNAsequence operations,Biosystems(2016)19–26)，Wu等提出一種基于CML的彩色圖像DNA加密算法(XJ.Wu,KS Wang,XY Wang,et al.Color image DNA encryption using NCA map-based CML and one-timekeys,Signal Processing 148(2018)272–287)。另外，在生成CML混沌序列X的過程中，需要帶入f(x)混沌系統產生中間序列，這些中間序列也是一種混沌序列，計算f(x)也需要一定的時間，但是在基于CML混沌系統的傳統加密算法中，僅使用X序列，造成混沌序列缺失，使得原加密算法的安全性不是太高。還有一些算法在加密過程中僅與密鑰相關，使得加密算法容易受到選擇明文攻擊，無法滿足高安全性的要求。

發明內容

針對傳統加密方法存在安全性不高、易受到選擇明文攻擊的問題，本發明提供一種基于耦合映像格子模型的圖像加密方法。

本發明提供一種基于耦合映像格子模型的圖像加密方法，包括：

步驟1：利用明文圖像P的哈希值和外部密鑰計算得到耦合映像格子混沌系統的控制參數和初始值；其中，所述明文圖像P的大小為M×N，M為行數，N為列數；

步驟2：根據所述控制參數和初始值迭代耦合映像格子系統，得到f(x)混沌序列記為F＝{F₁,F₂,F₃}和耦合映像格子混沌序列記為X＝{X₁,X₂,X₃}；

步驟3：利用排序函數分別對序列F₁和序列X₁進行排序，分別得到對應的索引矩陣findex和xindex，利用索引矩陣findex和xindex對明文圖像P進行置亂操作，得到置換圖像P″；