[發(fā)明專利]基于混沌系統(tǒng)和可逆元胞自動機的圖像加密方法及系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210163583.4
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114531221A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張星;呂潤東;李天寧;李曉薇
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

1.一種基于混沌系統(tǒng)和可逆元胞自動機的圖像加密方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取待加密圖像的灰度圖像P，所述灰度圖像P的圖像尺寸為M×N；獲取大小為M×N的混沌矩陣H；

將灰度圖像P的灰度值矩陣與混沌矩陣H進行異或操作，得到初始加密圖像矩陣V；

將初始加密圖像矩陣V中的每個元素值轉(zhuǎn)換為八位的二進制，得到大小為M×N×8的矩陣S；

將矩陣S進行轉(zhuǎn)化，獲取二維二階耦合觸發(fā)可逆元胞自動機的狀態(tài)A₀、狀態(tài)A₁和狀態(tài)B₀、狀態(tài)B₁；

以狀態(tài)A₀、狀態(tài)A₁和狀態(tài)B₀、狀態(tài)B₁作為可逆元胞自動機演化的初始條件，基于預(yù)置的規(guī)則f進行演化處理，得到演化時間步n的狀態(tài)A_n、狀態(tài)B_n；

將演化時間步n的狀態(tài)A_n、狀態(tài)B_n進行整合和進制轉(zhuǎn)換，得到最終的密文圖像CP。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混沌系統(tǒng)和可逆元胞自動機的圖像加密方法，其特征在于，獲取大小為M×N的混沌矩陣H的方法步驟為：

步驟1.1、設(shè)置二維Logistic混沌系統(tǒng)的初始條件和控制參數(shù)；

步驟1.2、生成兩組長度為m+(M×N)/2的二維Logistic混沌序列，其中m為任意整數(shù)；

步驟1.3、將所述二維Logistic混沌序列排列成混沌矩陣H。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于混沌系統(tǒng)和可逆元胞自動機的圖像加密方法，其特征在于，生成二維Logistic混沌序列的步驟為：

步驟1.2.1、設(shè)置二維Logistic混沌系統(tǒng)的初始條件x₀、y₀和控制參數(shù)μ₁、μ₂、γ₁、γ₂；

步驟1.2.2、基于二維Logistic混沌系統(tǒng)公式和生成兩組混沌序列，其中n＝0,1,…,m,…,m+(M×N)/2；

步驟1.2.3、去掉兩組混沌序列的前m項，對兩組剩余的(M×N)/2項序列分別進行取整求余操作，確?；煦缧蛄兄械脑卦?到255之間，得到新的兩組混沌序列：

x_n＝mod(round(10³×x_n),256)；

y_n＝mod(round(10³×y_n),256)；

步驟1.2.4、將新的兩組混沌序列中的元素排列成大小為M×N的混沌矩陣H。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于混沌系統(tǒng)和可逆元胞自動機的圖像加密方法，其特征在于，將新的兩組混沌序列中的元素排列成大小為M×N的混沌矩陣H的過程為：

矩陣中元素行列下標和為偶數(shù)時，從混沌序列x_n中依次取值；矩陣中元素行列下標和為奇數(shù)時，從混沌序列y_n中依次取值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于混沌系統(tǒng)和可逆元胞自動機的圖像加密方法，其特征在于，獲取二維二階耦合觸發(fā)可逆元胞自動機的狀態(tài)A₀、狀態(tài)A₁和狀態(tài)B₀、狀態(tài)B₁的具體過程為：

步驟4.1、根據(jù)矩陣S中元素行列下標之和的奇偶性，分成兩個大小均為M×N×4的矩陣A和矩陣B，并將矩陣A和矩陣B分別作為二維二階耦合觸發(fā)可逆元胞自動機在演化時間步為1時的狀態(tài)A₁、狀態(tài)B₁；

步驟4.2、依據(jù)矩陣A和矩陣B，生成兩個大小均為M×N×4的二進制隨機矩陣L和二進制隨機矩陣R，并將二進制隨機矩陣L、二進制隨機矩陣R分別作為矩陣A和矩陣B在二維二階耦合觸發(fā)可逆元胞自動機在演化時間步為0時的狀態(tài)A₀、狀態(tài)B₀。