[發明專利]基于提升方案和跨分量置亂的彩色圖像加密方法

有效

• 申請號: 202110561302.6
• 申請日: 2021-05-22
• 公開（公告）號: CN113076551B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 柴秀麗;陳繡輝;宋世平;付江豫;甘志華;路楊
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F21/62;G06N7/08;G06T1/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 張立強

1.基于提升方案和跨分量置亂的彩色圖像加密方法，其特征在于，包括：

步驟1：根據大小為M×N的彩色明文圖像的哈希值和預設的外部密鑰計算得到洛倫茲-哈肯激光混沌系統的3個初始值；

步驟2：采用洛倫茲-哈肯激光混沌系統生成三個長度均為M×N的混沌序列O、P、Q；

步驟3：將彩色明文圖像進行RGB分解，得到三個大小均為M×N的矩陣IR、IG、IB；

步驟4：分別采用混沌序列O、P、Q基于提升方案的圖像預處理策略對矩陣IR、IG、IB進行預處理，得到三個長度均為M×N的序列CR、CG、CB；步驟4具體包括：

步驟4.1：將矩陣IR、IG、IB分別從二維轉化成一維大小為1×MN的序列R_1、G_1、B_1；對混沌序列O、P、Q進行升序排列，得到對應的索引向量O_1、P_1、Q_1；分別利用索引向量O_1、P_1、Q_1對三個序列R_1、G_1、B_1進行排列，得到三個長度為M×N的序列R_2、G_2、B_2；

步驟4.2：利用序列G_2對序列R_2進行預測，獲取新的序列NR：

其中，mod函數表示取模運算，floor函數表示向下取整運算，分別表示序列NR、G_2、R_2中的第i₁個數值，i₁為整數且i₁∈[1,M×N]，G_2₀＝0；

步驟4.3：利用序列G_2和P對序列NR進行干擾，獲取新的序列CR：

其中，分別表示序列CR、P、NR中的第i₁個數值；

步驟4.4：利用序列CR對序列G_2進行更新，獲取新的序列NG：

其中，表示序列NG中的第i₁個數值，CR₀＝0；

步驟4.5：利用序列CR對序列B_2進行預測，獲取新的序列NB：

其中，分別表示序列NB、B_2中的第i₁個數值；

步驟4.6：利用序列CR和Q對序列NB進行干擾，獲取新的序列CB：

其中，分別表示序列CB、Q中的第i₁個數值；

步驟4.7：利用序列CB對序列NG進行更新，獲取新的序列CG：

其中，表示序列CG中的第i₁個數值，CB₀＝0；

步驟5：利用混沌序列O、P、Q對三個序列CR、CG、CB進行跨分量置亂，得到三個大小為M×N的矩陣VR、VG、VB；步驟5具體包括：

步驟5.1：將三個序列CR、CG、CB進行重組，得到三個大小為M×N的矩陣PR、PG、PB；分別從矩陣PR、PG、PB中選取三個大小為L²×L²的矩陣，分別記為PR_2、PG_2、PB_2；將矩陣PR_2、PG_2、PB_2依次分為L²個塊，每個塊的大小為L×L；其中，按照公式(9)計算得到L的值：

步驟5.2：分別從序列O、P、Q中選取前L²個數據，通過公式(10)計算得到四個新的序列T、H、Y、Z，然后分別對T、H、Y、Z進行升序排列得到對應的索引向量IT、IH、IY、IZ：

其中，T_i、H_i、Y_i、Z_i分別表示序列T、H、Y、Z中的第i個數值，i為整數且i∈[1,L²]；

步驟5.3：初始化兩個大小為L²×L²的矩陣S、W，將矩陣S的每一行依次按照索引向量IT中的數值設置，將矩陣W的每一行依次按照索引向量IH中的數值設置；然后依據索引向量IY中的數值對矩陣S中的每一行進行循環移位，依據索引向量IZ中的數值對矩陣W的每一行進行循環移位，最終得到兩個新的矩陣S、W；

步驟5.4：根據矩陣S通過公式(11)生成一個大小為L²×L²的整數矩陣E：

E(i,j)＝mod(S(i,j)+j,3) (11)

其中，mod函數表示取模運算，i∈[1,L²]，j∈[1,L²]，E(i,j)表示矩陣E中第i行第j列的數值且E(i,j)∈[0,2]；

步驟5.5：生成三個大小為M×N的矩陣VR、VG、VB，用PR、PG、PB對VR、VG、VB進行初始化，使VR＝PR，VG＝PG，VB＝PB；

步驟5.6：設置列索引j＝1；

步驟5.7：利用矩陣E中的值分別確定矩陣PR、PG、PB中像素移動的目標位置；

步驟5.8：令j的值增加1，重復執行步驟5.7，直至j的值大于L²，結束循環

步驟6：利用混沌序列O、P、Q對三個矩陣VR、VG、VB進行擴散，得到三個大小為M×N的密文矩陣CIR、CIG、CIB；步驟6具體包括：

步驟6.1：按照公式(12)根據混沌序列O、P、Q生成三個長度為M×N的隨機序列CO、CP、CQ；然后分別對隨機序列CO、CP、CQ進行升序排列得到三個對應的索引向量XD、SD、CD；并按照公式(13)根據隨機序列CO、CP、CQ生成序列K：

其中，mod函數表示取模運算，floor函數表示向下取整運算，||表示取絕對值，分別表示序列CO、CP、CQ、O、P、Q、K中的第i₁個數值，i₁為整數且i₁∈[1,M×N]；

步驟6.2：將矩陣VR、VG、VB轉化成三個長度為M×N的序列VRR、VGG、VBB，采用序列XD、SD、CD、K按照公式(14)對序列VRR、VGG、VBB進行擴散，得到三個長度為M×N的序列RA、GA、BA：

其中，XD(i₁)、SD(i₁)、CD(i₁)分別表示序列XD、SD、CD中第i₁個數值，RA(XD(i₁))、GA(XD(i₁))、BA(XD(i₁))分別表示序列RA、GA、BA中第XD(i₁)個數值，VRR(SD(i₁))、VGG(SD(i₁))、VBB(SD(i₁))分別表示序列VRR、VGG、VBB中第SD(i₁)個數值，K(CD(i₁))表示序列K中第CD(i₁)個數值；i₁為整數且i₁∈[1,M×N]；

步驟6.3：將三個序列RA、GA、BA進行重組，得到三個大小為M×N的矩陣CIR、CIG、CIB；

步驟7：對三個密文矩陣CIR、CIG、CIB進行合成，得到大小為M×N的密文圖像。