[發明專利]一種基于混沌映射和混沌S盒代換的圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110372256.5
• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN112906043B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 唐加能;陳錦源;湯盈慧;黃誠惕;黃婷婷
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F21/62;G06T1/00
• 代理公司: 泉州市文華專利代理有限公司 35205
• 代理人: 陳雪瑩

1.一種基于混沌映射和混沌S盒代換的圖像加密方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟S10、獲取彩色圖像文件，對所述彩色圖像文件進行哈希計算得到哈希值作為系統密鑰，基于所述哈希值計算系統參數P；

步驟S20、基于所述哈希值生成四維超混沌映射的四個初始值，基于各所述初始值得到四組混沌偽隨機序列；

步驟S30、基于所述混沌偽隨機序列以及系統參數P提取長度為256的序列W_z，并利用所述序列W_z以及使用AES算法的S盒生成混沌S盒；

步驟S40、對所述彩色圖像文件進行Arnold置亂得到置亂圖像I_s，利用所述混沌S盒對置亂圖像I_s進行字節代換得到代換圖像I_su；

步驟S50、利用所述混沌偽隨機序列以及系統參數P，對所述代換圖像I_su中RGB的三個分量進行圖像擴散加密得到三個密文數據，基于各所述密文數據得到加密圖像I_enc；

所述步驟S10具體為：

獲取大小為m×n的RGB格式的彩色明文圖像文件，利用哈希函數SHA-256對所述彩色明文圖像文件進行哈希計算得到256位的哈希值，將所述哈希值進行32等分并存儲為矩陣K，對所述矩陣K求和得到系統參數P：

P＝sum(K(1:32))；

所述步驟S20具體包括：

步驟S21、將所述哈希值均分為8個子哈希值K(1:4)、K(5:8)、K(9:12)、K(13:16)、K(17:20)、K(21:24)、K(25:28)以及K(29:32)；

步驟S22、基于各所述子哈希值計算得到四維超混沌映射的四個初始值x₀、y₀、z₀、w₀：

x₀＝sum(K(1:4)/mean(K(5:8)))/4；

y₀＝(sum(K(9:12))-max(K(13:16)))/4/256；

z₀＝max(bitxor(K(17:20),K(21:24)))/256；

w₀＝mean(bitxor(K(25:28),K(29:32)))/256；

步驟S23、將各所述初始值代入四維超混沌映射進行迭代m×n+10000次，得到四組混沌偽隨機序列X＝{x_n}、Y＝{y_n}、Z＝{z_n}、W＝{w_n}；

所述步驟S50具體包括：

步驟S51、將所述混沌偽隨機序列X＝{x_n}、Y＝{y_n}、Z＝{z_n}分別舍棄前P個迭代數據后，分別取m×n個迭代數據組成序列x_z、y_z、z_z；

步驟S52、將所述序列x_z、y_z、z_z依次向左移8位并其取小數部分值，得到序列x_zb、y_zb、z_zb：

x_zb＝10⁸×x_z-round(10⁸×x_z)；

y_zb＝10⁸×y_z-round(10⁸×y_z)；

z_zb＝10⁸×z_z-round(10⁸×z_z)；

步驟S53、將所述序列x_zb、y_zb、z_zb左移5位對256取模計算，得到用于加密的序列encrypt_x、encrypt_y、encrypt_z：

encrypt_x＝uint8(mod(floor(10⁵×abs(x_zb)),256))；

encrypt_y＝uint8(mod(floor(10⁵×abs(y_zb)),256))；

encrypt_z＝uint8(mod(floor(10⁵×abs(z_zb)),256))；

步驟S54、利用所述序列encrypt_x、encrypt_y、encrypt_z分別對代換圖像I_su中RGB的三個分量進行加密，得到密文數據enc_r、enc_g、enc_b：

其中I_sur、I_sug、I_sub分別表示代換圖像I_su中RGB的三個顏色分量；

步驟S55、合并所述密文數據enc_r、enc_g、enc_b得到加密圖像I_enc。