[發明專利]基于二維指數-余弦混沌系統的圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110356974.3
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113055545B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 劉思聰;彭淑燕
• 申請（專利權）人: 江蘇經貿職業技術學院
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04N1/44;H04L9/00
• 代理公司: 南京業騰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32321
• 代理人: 馬靜靜

本發明公開了一種基于二維指數?余弦混沌系統的圖像加密方法，涉及信息安全技術領域，包括構建2D?Ecs混沌系統和利用2D?ECs混沌系統對圖像信息進行混沌加密操作；利用2D?Ecs混沌系統對圖像信息進行混沌加密操作的方法如下：1)首先對圖像數據進行RGB多通道提取；2)將抽取出的單通道圖像數據利用利用2D?ECs混沌系統進行混沌加密；3)之后再將加密后的單通道圖像數據重寫回圖像當中，進而完成對圖像數據的加密。本發明設計的圖像加密方法，具有密鑰空間大，加密效果好，抗干擾能力強等特點。仿真實驗表明，該算法可以有效的抵御窮舉式以及差分式攻擊。

技術領域

本發明涉及信息安全技術領域，具體涉及基于二維指數-余弦混沌系統的圖像加密方法。

背景技術

目前隨著全球進入后疫情時代，出于疫情防護的需要，同時伴隨5G時代的到來，越來越多的人際間交流遷移到了線上進行。出于對個人隱私以及信息安全的保護，對于圖像加密的需求越來越大。

但是目前的圖像加密算法普遍存在著加密過程復雜，耗時較長等缺點。對一些要求能夠進行實時加密傳輸的領域，現有加密算法并不能滿足其要求。而隨著Matthews等人將混沌系統應用于信息加密領域當中后，混沌加密算法便引起了研究人員的注意。到目前為止，已有多種一維混沌系統被應用于了信息加密領域。上述一維混沌系統多數具有迭代速度快、實現方法簡單等特點。但是由于一維混沌系統的系統控制參數較少，相空間軌道分布較為單一，因此極易受到相空間重構等方法的攻擊，從而導致密文被惡意破解。研究者為了克服一維混沌系統的缺點，提出了一系列的改進方案，例如：有研究者將一維混沌系統的多個控制參數間進行耦合操作，從而使得整個系統的混沌性質變得更加復雜。也有研究者將多個一維混沌映射整合為一個系統，整個加密過程中在不同混沌系統間進行切換或級聯操作。通過上述方法，可以使得一維混沌系統具有更好的迭代效率和不可預測性。與此同時，也有研究者嘗試通過構建復數域上的一維混沌系統來對信息進行加密，以期獲得更好的混沌特性與加密效果。盡管目前通過上述改進手段提高了一維混沌系統的信息加密強度，但是，受限于一維混沌系統自身的結構與參數特點，其信息加密強度仍然有待提高。

發明內容

發明目的：本發明目的在于針對現有技術圖像加密算法普遍存在著加密過程復雜，耗時較長等缺點及一維混沌系統進行圖片加密強度低的問題，構建一個新的二維指數-余弦混沌系統，通過向一維Cosine混沌映射系統中引入非線性指數項和高次冪項來對一維混沌系統進行維度提升，被引入的非線性指數項和高次冪項作為混沌擾動源來對cosine混沌映射的迭代過程進行擾動。通過對該系統的混沌特性進行研究，發現該系統具有混沌特性，相空間軌道分布結構復雜的特點，并在該系統的基礎上，提出了一種基于二維指數-余弦混沌系統的圖像加密方法。

技術方案：一種基于二維指數-余弦混沌系統的圖像加密方法，包括構建2D-Ecs混沌系統和利用2D-ECs混沌系統對圖像信息進行混沌加密操作；

所述2D-ECs混沌系統的迭代公式，如下述公式(1)所示：

其中，控制參數a,b,c滿足a∈[0.2,0.4],b∈[0,1.75],c∈[0.65,0.85]，初始值x₀,y₀滿足x₀∈[0,1]，y₀∈[0,2]；

利用2D-Ecs混沌系統對圖像信息進行混沌加密操作的方法如下：

1)首先對原始圖像數據進行RGB多通道提取；

2)將抽取出的單通道圖像數據利用2D-ECs混沌系統進行混沌加密；

3)之后再將加密后的單通道圖像數據重寫回圖像當中，進而完成對圖像數據的加密。

進一步的，在對抽取出的單通道圖像數據進行混沌加密時，采用“置亂-擴散-置亂”的加密方法，所述混沌加密的步驟包括第一輪置亂加密、擴散加密和第二輪置亂加密。