[發明專利]基于混沌系統和可逆元胞自動機的圖像加密方法及系統

在審

• 申請號: 202210163583.4
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114531221A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 張星;呂潤東;李天寧;李曉薇
• 申請（專利權）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所(普通合伙) 11732
• 代理人: 韓迎之

本發明公開了一種基于混沌系統和可逆元胞自動機的圖像加密方法及系統，涉及圖像加密技術領域，本發明首先將二階元胞自動機、耦合元胞自動機和觸發元胞自動機的技術特征相結合，構造了一種可逆的元胞自動機；其次使用二維Logistic混沌系統對圖像進行置亂；最后在置亂之后的像素值矩陣上構建二維二階耦合觸發可逆元胞自動機，對像素值進行擴散處理，實現對圖像的加密操作。本發明的技術方案中，元胞的演化更加復雜、耦合元胞相互作用影響更強、密鑰空間更大的可逆元胞自動機，可以有效抵抗蠻力攻擊和統計分析攻擊，具有較高的安全性和實用性。

技術領域

本發明涉及圖像加密技術領域，更具體的說是涉及一種基于混沌系統和可逆元胞自動機的圖像加密方法及系統。

背景技術

隨著信息和通訊技術的迅猛發展，數字圖像逐漸成為傳播信息的主要媒介之一。越來越多的數字圖像在網絡上傳播，圖像數據的安全性問題日益突出。傳統的加密算法如AES、DES、RSA等，將數字圖像作為一般文本數據進行處理，即將二維甚至是三維的圖像信息按照一定的方法轉換為二進制數據流，然后對得到的數據流按照一般加密方法進行加密。但是由于數字圖像具有信息量大、冗余度高、像素間相關性強等特點，傳統的加密算法在加密效率和性能上并不能達到理想效果，因此如何尋找較好的圖像加密方法，是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種基于混沌系統和可逆元胞自動機的圖像加密方法及系統，以克服現有技術的缺點。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于混沌系統和可逆元胞自動機的圖像加密方法，包括以下步驟：

步驟1、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；

步驟2、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；

步驟3、將初始加密圖像矩陣V中的每個元素值轉換為八位的二進制，得到大小為M×N×8的矩陣S；

步驟4、將矩陣S進行轉化，獲取二維二階耦合觸發可逆元胞自動機的狀態A₀、狀態A₁和狀態B₀、狀態B₁；

步驟5、以狀態A₀、狀態A₁和狀態B₀、狀態B₁作為可逆元胞自動機演化的初始條件，基于預置的規則f進行演化處理，得到對應的演化時間步n-1的狀態A_n-1、狀態B_n-1，以及演化時間步n的狀態A_n、狀態B_n；

步驟6、保存演化時間步n-1的狀態A_n-1、狀態B_n-1，將演化時間步n的狀態A_n、狀態B_n進行整合和進制轉換，得到最終的密文圖像CP。

可選的，所述步驟1中，獲取大小為M×N的混沌矩陣H的方法步驟為：

步驟1.1、設置二維Logistic混沌系統的初始條件和控制參數；

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；

優選的，為了達到理想效果，一般m取一較大的整數值。

步驟1.3、將所述二維Logistic混沌序列排列成混沌矩陣H。

可選的，所述步驟1.2中，生成二維Logistic混沌序列的步驟為：