[發(fā)明專(zhuān)利]一種新的基于超混沌的置亂與明文像素動(dòng)態(tài)相關(guān)的圖像加密方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110412931.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113470126A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李軍;白彩盛;李娜娜;李揚(yáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 蘭州現(xiàn)代職業(yè)學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): G06T9/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T9/00;G06F21/60;H04L9/06;H04L9/08
• 代理公司: 成都弘毅天承知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51230
• 代理人: 尹潔芳

本發(fā)明公開(kāi)了一種新的基于超混沌的置亂與明文像素動(dòng)態(tài)相關(guān)的圖像加密方法，是屬于圖像加密技術(shù)領(lǐng)域，包括以下步驟：圖像加密算法、密鑰生成、像素動(dòng)態(tài)相關(guān)的置亂過(guò)程、擴(kuò)散過(guò)程、解密過(guò)程、仿真結(jié)果和攻擊測(cè)試，其有益效果在于：設(shè)計(jì)了一個(gè)非線(xiàn)性交叉耦合的超混沌映射，該映射具有更寬的超混沌區(qū)間、不存在周期窗口、更加復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為，產(chǎn)生的狀態(tài)序列類(lèi)隨機(jī)性較好的特點(diǎn)，只用一個(gè)與明文像素個(gè)數(shù)相同的混沌狀態(tài)序列，實(shí)現(xiàn)了與明文像素相關(guān)的混沌狀態(tài)序列的位置動(dòng)態(tài)變換，增強(qiáng)了抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊的能力，使用與置亂階段相同的混沌序列，提高了混沌狀態(tài)映射的使用率，算法只需要一輪的置亂和擴(kuò)散操作，降低了算法的計(jì)算復(fù)雜度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像加密技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新的基于超混沌的置亂與明文像素動(dòng)態(tài)相關(guān)的圖像加密方法。

背景技術(shù)

目前，許多基于混沌的加密算法被密碼分析工作者證明在受到攻擊時(shí)是不安全的，容易被破解[36,117-123]，究其原因，這些加密算法大多存在著對(duì)明文變化不太敏感、密鑰設(shè)計(jì)偏弱等缺點(diǎn)，最重要的是在置亂和擴(kuò)散過(guò)程中使用的密鑰流完全依賴(lài)于密鑰，也就是說(shuō)，盡管這些算法在形成密鑰時(shí)跟明文進(jìn)行了一定的關(guān)聯(lián)，但是只要密鑰不改變，那么由密鑰產(chǎn)生的密鑰流在置亂和擴(kuò)散階段就不會(huì)發(fā)生變化，那么當(dāng)用同一個(gè)密鑰加密不同的明文圖像時(shí)其密鑰流是不安全的，因?yàn)楣粽呖梢赃x擇繞開(kāi)直接攻擊密鑰，而是通過(guò)已知明文攻擊 [118-121]和選擇明文攻擊[118-119,121-123]來(lái)獲取密鑰流，從而達(dá)到破解的目的，因此，為了增加加密算法的安全性，密鑰流應(yīng)盡量與明文相關(guān)，文獻(xiàn)[114]首先通過(guò)Logistic映射迭代M次，從而產(chǎn)生另外三個(gè)混沌映射的參數(shù)和初始值，其中M與明文圖像的第一個(gè)像素值有關(guān)，實(shí)現(xiàn)與明文圖像相關(guān)，通常，基于混沌的圖像加密算法都是利用混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的多個(gè)混沌狀態(tài)序列，部分序列用于將圖像的像素比特位、像素或圖像塊的順序打亂，然后在置亂階段用另外的混沌狀態(tài)序列用來(lái)混淆相應(yīng)比特位或像素的值，這些算法的一個(gè)缺點(diǎn)就是混沌狀態(tài)序列的產(chǎn)生是非常耗費(fèi)計(jì)算資源的，在置亂和擴(kuò)散階段沒(méi)有對(duì)這些序列充分利用，因而，Chen等[124]提出了一個(gè)新穎的具有動(dòng)態(tài)狀態(tài)變量選擇機(jī)制的混沌圖像加密算法，該算法在置亂和擴(kuò)散階段使用了同一組混沌狀態(tài)序列，克服了前述算法在抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊時(shí)的缺點(diǎn)，但是，在該文獻(xiàn)中，需要產(chǎn)生三個(gè)混沌狀態(tài)序列通過(guò)與明文像素相關(guān)進(jìn)行置亂操作，實(shí)際中要使用的每一個(gè)混沌狀態(tài)序列的長(zhǎng)度與明文圖像是相關(guān)的，長(zhǎng)度不確定，因而在產(chǎn)生混沌序列的時(shí)候，必須比實(shí)際的像素個(gè)數(shù)要多，從而會(huì)造成計(jì)算資源的浪費(fèi)，而且，盡管該置亂操作具有擴(kuò)散效果，但是如果攻擊者從最后一個(gè)明文像素開(kāi)始攻擊，則加密算法喪失了其擴(kuò)散效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)目前基于混沌的圖像加密算法存在的所采用的混沌系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為不夠復(fù)雜，混沌區(qū)間較窄，甚至存在周期窗口，從而導(dǎo)致密鑰空間較??；在置亂和擴(kuò)散階段使用混沌狀態(tài)序列作為密鑰流，僅僅依賴(lài)于密鑰，因而導(dǎo)致密鑰流不能抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊；在置亂和擴(kuò)散階段，通常采用不同的混沌狀態(tài)序列，使其利用率不高，增大了算法的計(jì)算復(fù)雜度和存儲(chǔ)空間等缺陷進(jìn)行改善，從而提出一種新的基于超混沌的置亂與明文像素動(dòng)態(tài)相關(guān)的圖像加密方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種新的基于超混沌的置亂與明文像素動(dòng)態(tài)相關(guān)的圖像加密方法，包括以下步驟：

S1、圖像加密算法：首先，產(chǎn)生用于置亂的混沌序列，按照大小順序?qū)ζ溥M(jìn)行排序形成對(duì)圖像像素進(jìn)行置亂的排序序列；然后，將圖像轉(zhuǎn)化成具有M*N個(gè)元素的一維序列；最后，根據(jù)前一個(gè)像素值，決定當(dāng)前像素的位置序號(hào)；

S2、密鑰生成：在產(chǎn)生密鑰的過(guò)程中，使用了hash算法SHA256，產(chǎn)生的密鑰為動(dòng)態(tài)密鑰，密鑰K的長(zhǎng)度為256比特,并且高度與明文相關(guān),基于密鑰K，設(shè)計(jì)中間變量，產(chǎn)生FL-NCHM的初始值，生成初始條件后，將其帶入FL-NCHM就可以得到置亂與擴(kuò)散過(guò)程所需的混沌序列；