[發明專利]一種基于拉丁方的混沌圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110551860.4
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113300827B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張勛才;牛瑩;李輝;陳志武;馬江濤;吳濤;王延峰;李林偉;張煥龍;張建偉;任航麗;栗三一;楊飛飛
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04N1/44
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 栗改

1.一種基于拉丁方的混沌圖像加密方法，其特征在于，包括密鑰生成、像素置亂、像素替換和比特置亂，其步驟為：

步驟一：利用大小為N×N的圖像矩陣P生成初始的密鑰，將初始的密鑰輸入超混沌Lorenz系統進行迭代得到混沌序列X、Y、Z和W；

步驟二：分別截取混沌序列X和Y的前N×N個元素并轉換為兩個矩陣，利用兩個矩陣分別對圖像矩陣P的行和列進行置亂，得到置亂后的圖像矩陣P_s；

步驟三：截取混沌序列Z的前2N個元素分為兩個相等的序列Q₁和Q₂，生成拉丁方陣，作為查找表L_table；截取混沌序列Z中2N×N個元素并組成兩個矩陣作為索引矩陣，利用兩個索引矩陣從查找表L_table中的對應坐標選取元素，對圖像矩陣P_s中元素進行替換，得到像素替換矩陣P_r；

所述步驟三中查找表L_table的生成方法為：將兩個長度相等的序列Q₁和Q₂分別進行排序，得到相應的位置索引序列Q_seed和Q_shift，利用位置索引序列Q_shift中的元素值循環移動位置索引序列Q_seed中的元素，生成階數與輸入序列長度相等的拉丁方陣即查找表L_table；

所述步驟三中利用兩個索引矩陣從查找表L_table中的對應坐標選取元素，對圖像矩陣P_s中元素進行替換的方法為：將索引矩陣L_c和圖像矩陣P_s按照從左上角到右下角的方式，依次將兩個矩陣對應坐標元素相加，取余數，使得到余數矩陣L′_c；將余數矩陣L′_c和索引矩陣L_r組成二維索引矩陣，利用二維索引矩陣從查找表L_table中的對應坐標選取元素，得到像素替換矩陣P_r，即P_r(i,j)＝L_table(L′_c(i,j),L_r(i,j))，L_table(L′_c(i,j),L_r(i,j))為查找表L_table中行位置索引為L′_c(i,j)、列位置索引為L_r(i,j)的元素值，P_r(i,j)、L′_c(i,j)、L_r(i,j)分別為像素替換矩陣P_r、余數矩陣L′_c和索引矩陣L_r的第i行、第j列的元素，i＝1,2,……,N，j＝1,2,……,N；

步驟四：從混沌序列W中截取8N個元素生成兩個拉丁方矩陣，將像素替換矩陣P_r的位平面組成兩個比特矩陣，利用兩個拉丁方矩陣分別對兩個比特矩陣進行比特置亂，將置亂后的兩個矩陣分成位平面并組合為位平面矩陣P'_bit，將位平面矩陣P'_bit中的元素轉換為十進制數據，得到密文圖像C；

所述步驟四中利用兩個拉丁方矩陣分別對兩個比特矩陣進行比特置亂的方法為：將像素替換矩陣P_r分為八個位平面P(1)～P(8)，其中P(1)、P(3)、P(5)和P(7)四個位平面組合成一個2N×2N的比特矩陣PA，P(2)、P(4)、P(6)和P(8)四個位平面組合成一個2N×2N的比特矩陣PB，使用拉丁方矩陣LH₁對比特矩陣PA進行行的比特置亂，拉丁方矩陣LH₂對比特矩陣PB進行列的比特置亂，置亂后的兩個矩陣PA'和矩陣PB'分別分為四個位平面，得到的位平面組合為位平面矩陣P'_bit，將位平面矩陣P'_bit中的元素轉換為十進制的數據，得到密文圖像C。