[發明專利]基于混沌和塊旋轉的多圖像置亂方法

有效

• 申請號: 202110386457.0
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN112968762B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 張曉強;廖菁菁
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;G06T3/60
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.基于混沌和塊旋轉的多圖像置亂方法，其特征在于，加密過程包括如下步驟：

步驟1：圖像立體化：令k幅大小均為m×n的原始圖像為I¹, I², …, I^k，按照特定的順序將它們組合成一個大小為m×n×k的圖像立方體C；

步驟2：圖像立方體分塊：將C分割成大小均為q×q×q的立方塊，可得一個由s個元素構成的立方塊集合B¹={b_i¹}，s=(m×n×k)/(q×q×q)，b_i¹為任一立方塊；若q無法整除m, n,和k，則用像素填補法對C進行擴充，使其符合被q整除；

步驟3：產生混沌序列：首先，隨機選取Chen混沌系統的初始值x₀¹, y₀¹, z₀¹，按照公式（1）迭代s次，可得3個長度為s的混沌序列X¹={x_i¹}，Y¹={y_i¹}和Z¹={z_i¹}；其次，隨機選取Chen混沌系統的初始值x₀², y₀², z₀²，令l=max(m, n, k)，按照公式（1）迭代l次，可得3個長度為l的混沌序列X²={x_i²}，Y²={y_i²}和Z²={z_i²}；最后，隨機選取Tent映射的初始值t₀和控制參數p，按照公式（2）迭代s次，可得1個長度為s的混沌序列T={t_i}；

Chen混沌和Tent映射方程分別為：

， （1）

其中，a=35，b=3，c=28；

， （2）

其中，p∈(0,1)且p≠0.5；

步驟4：混沌序列整數化：計算，

r_i¹=mod(floor(x_i¹×10¹⁶) , 3)， （3）

r_i²=mod(floor(y_i¹×10¹⁶) , 2)， （4）

r_i³=mod(floor(z_i¹×10¹⁶) , 3)， （5）

h_i¹=mod(floor(x_i²×10¹⁶) , 3)， （6）

h_i²=mod(floor(y_i²×10¹⁶) , 2)， （7）

h_i³=mod(floor(z_i²×10¹⁶) , 3)， （8）

其中，x_i¹∈X¹，y_i¹∈Y¹，z_i¹∈Z¹，x_i²∈X²，y_i²∈Y²，z_i²∈Z²，mod(·)是取模函數，floor(·)是取整函數；可產生6個整數混沌序列R¹={r_i¹}，R²={r_i²}，R³={r_i³}，H¹={h_i¹}，H²={h_i²}和H³={h_i³}；

步驟5：立方塊自轉：以B¹中的每個立方塊為旋轉對象，利用R¹, R², R³進行自轉，自轉規則為：R¹決定旋轉的方位，當r_i¹=0, 1, 2時，分別選擇前后、上下和左右旋轉，r_i¹∈R¹；R²決定旋轉的方向，當r_i²=0, 1時，分別選擇順時針和逆時針旋轉，r_i²∈R²；R³決定旋轉的角度，當r_i³=0, 1, 2時，分別選擇90度、180度和270度旋轉，r_i³∈R³；完成B¹中所有立方塊的自轉后可得一個自轉后的立方塊集合B²={b_i²}；

步驟6：立方塊公轉：以B²中每層塊平面為旋轉對象，利用H¹, H², H³進行公轉，公轉規則為：H¹決定旋轉的中心軸，當h_i¹=0, 1, 2時，分別選擇以x軸、y軸和z軸為中心軸旋轉，h_i¹∈H¹；H²決定旋轉的方向，當h_i²=0, 1時，分別選擇順時針和逆時針旋轉，h_i²∈H²；H³決定旋轉的角度，當h³=0, 1, 2時，分別選擇90度、180度和270度旋轉，h_i³∈H³；完成B²中所有塊平面的公轉后可得一個公轉后的立方塊集合B³={b_i³}；

步驟7：立方體置亂：利用T對B³中的立方塊進行置亂，可得一個置亂后的立方塊集合B⁴={b_i⁴}；

步驟8：立方塊組合：按照特定的順序對B⁴中的立方塊進行組合，可得到k幅大小均為m×n的置亂圖像J¹, J², …, J^k。