[發明專利]基于混沌選擇置亂和半張量積擴散的彩色圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110107721.2
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112788197B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 李錦青;底曉強
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: H04N1/44
• 分類號: H04N1/44;G06T7/90;H04L9/00;G06N3/04
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 曲博

基于混沌選擇置亂和半張量積擴散的彩色圖像加密方法，涉及圖像加密技術領域，解決現有彩色圖像加密安全性方面存在的密鑰空間小、抗攻擊能力弱等問題，本發明提出的基于混沌選擇置亂和半張量積擴散的彩色圖像加密方法，由三元分數階離散混沌神經網絡系統，生成明文相關的混沌序列，先對彩色圖像的各個分量獨立地執行第一次置亂，然后將三個彩色分量進行交叉混淆置亂，最后將半張量積運算應用于擴散操作，改變像素值的大小。本方法將三個彩色分量進行交叉混淆，可以達到更好的置亂效果，也避免了上述情況的發生。將半張量積應用于擴散過程中，大大提高了算法的密鑰空間，增強了算法的抗攻擊能力。

技術領域

本發明涉及圖像加密技術領域，具體涉及一種基于混沌選擇置亂和半張量積擴散的彩色圖像加密方法。

背景技術

在當今大數據時代的背景之下，數據信息安全迎來了前所未有的挑戰。圖像在數據傳輸中發揮著十分重要的作用，而圖像加密技術是保證圖像安全的有效手段，因此圖像信息的高效安全加密成為了當前國內外學者研究的熱點話題之一。在一些特殊的領域，如醫療、軍事、商業，由于涉及患者隱私和機密等信息，對數字圖像加密技術有較高的要求。普通數字圖像相鄰像素間的相關性很強，圖像加密原則上要破壞這種相關性規則，將有意義的明文信息轉換為無意義的類噪聲信號。現有的圖像加密技術有很多種類，例如DNA編碼、壓縮編碼、S-box、橢圓曲線等。其中近年來出現的混沌加密技術為圖像加密帶來了新的突破，由于混沌系統具有參數敏感性、遍歷性、偽隨機性、不確定性等優良特性，所以非常適合應用于數字圖像加密技術中。許多研究將混沌系統與現有的先進加密技術相結合，尚存在一些丞待解決的問題。尤其對彩色數字圖像的加密技術中，當攻擊者破解一條彩色通道時，整幅圖像將很容易被破解。

發明內容

本發明為解決現有彩色圖像加密安全性方面存在的密鑰空間小、抗攻擊能力弱，提供一種基于混沌選擇置亂和半張量積擴散的彩色圖像加密方法。

基于混沌選擇置亂和半張量積擴散的彩色圖像加密方法，該方法由以下步驟實現：

步驟一、選擇大小為M×N×3的彩色圖像作為原始圖像Image；

步驟二、將步驟一所述的原始圖像Image分成三個色彩分量，分別是紅色分量R、綠色分量G、藍色分量B；

步驟三、采用下式計算明文相關混沌密鑰指針p；

式中，floor()為向下取整函數，mod()為求余函數，sum()為求和函數，K,L為用戶設定參數，K,L∈N且20K256,L≤20；

步驟四、采用三元分數階離散混沌神經網絡系統生成混沌序列，迭代三元分數階離散神經網絡混沌系統T次，TM×N，獲得三組長度為T的混沌序列，分別記為X、Y、Z；

步驟五、分別從步驟四生成的X、Y、Z混沌序列的第p個元素之后開始，截取長度為M×N的混沌序列，記為混沌序列X1、Y1、Z1；

步驟六、將步驟二所述紅色分量R、綠色分量G、藍色分量B分別轉換成一維圖像紅色序列RS，一維圖像綠色序列GS，一維圖像藍色序列BS；

步驟七、對步驟五所述混沌序列X1、Y1、Z1按升序排列，獲得三個位置索引矩陣positionMatrix1、positionMatrix2、positionMatrix3；

步驟八、采用步驟七所述的位置索引矩陣positionMatrix1對步驟六所述的一維圖像紅色序列RS中每個像素值進行置亂，采用位置索引矩陣positionMatrix2對一維圖像綠色序列GS中每個像素值進行置亂，采用位置索引矩陣positionMatrix3對一維圖像藍色序列BS中每個像素值進行置亂，獲得置亂后的三個色彩分量RS1、GS1、BS1；