[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

本發明提供一種基于提升方案和跨分量置亂的彩色圖像加密方法。該方法包括：根據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；采用洛倫茲?哈肯激光混沌系統生成三個混沌序列O、P、Q；將彩色明文圖像進行RGB分解，得到三個矩陣IR、IG、IB；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，得到三個序列CR、CG、CB；利用混沌序列O、P、Q對三個序列CR、CG、CB進行跨分量置亂，得到三個矩陣VR、VG、VB；利用混沌序列O、P、Q對三個矩陣VR、VG、VB進行擴散，得到三個密文矩陣CIR、CIG、CIB；對三個密文矩陣CIR、CIG、CIB進行合成，得到密文圖像。

技術領域

本發明涉及圖像加密技術領域，尤其涉及一種基于提升方案和跨分量置亂的彩色圖像加密方法。

背景技術

近年來，多媒體通信在人們的通信過程中占著重要的地位，每天存儲和發送的多媒體數據顯著增加，保障相關數據的安全和隱私成為安全專家面臨的緊迫挑戰。不幸的是，傳統的加密方案如AES、DES和RSA是針對文本數據進行設計的，不適合針對圖像進行加密，因為圖像的體積大、冗余度高、相關性強。所以，相關專家基于不同理論和技術提出了許多新的圖像加密方案?；煦缦到y具有不可預測性、非周期性、對初始值的高度敏感性等特點，非常符合密碼學的基本要求，近年來混沌系統被廣泛用于圖像加密算法設計中。

為了提高加密技術的可用性和安全性，多位學者還引入了不同領域的知識設計圖像加密算法。2018年，Hua等人(Zhongyun Hua,Yicong Zhou,Hejiao Huang.Cosine-transform-based chaotic system for image encryption.Information Sciences,480(2019):403-419)提出了一種基于余弦變換的混沌系統，并將其用于圖像加密算法設計中。該算法將明文圖像加密成不可識別的密文圖像，實現了較高的安全性。但是其僅僅是針對灰度圖像設計的，并沒有考慮到彩色圖像R、G、B分量之間的相關性，直接用于彩色圖像的加密操作時存在弱安全性的不足。1995年，Sweldens(Wim Sweldens.The lifting scheme:acustom-design construction of biorthogonalwavelets.Applied and ComputationalHarmonic Analysis,3(1996):186-200)提出了一種計算小波變換的新方法-提升方案，主要分為三個階段：分裂、預測和更新，整體上提高了算法的安全性。但是，大多數圖像加密算法都是基于置換-擴散結構的，在置亂-擴散框架下的圖像加密算法中，一些算法對特殊圖像(如全黑、全白圖像)進行像素級加密處理時，常常產生置亂無效的問題。

發明內容

針對傳統置亂-擴散框架下的圖像加密算法對全黑、全白圖像常存在置亂無效的問題，本發明提供一種基于提升方案和跨分量置亂的彩色圖像加密方法，結合提升方案、跨分量置亂和非序列擴散，能夠將彩色明文圖像加密成無法識別原圖像內容的密文圖像，從而滿足人們的需求。

本發明提供的基于提升方案和跨分量置亂的彩色圖像加密方法，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；