[發明專利]一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法

在審

• 申請號: 202310115228.4
• 申請日: 2023-02-13
• 公開（公告）號: CN116192360A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 葉國棟;杜思敏
• 申請（專利權）人: 廣東海洋大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L9/30
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 彭曉勤

1.一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：構建一個新的混沌系統，將明文圖像作為待加密的圖像并構造一個新的參數轉換模型TransM從明文圖像中提取明文參數，將明文參數通過RSA加密算法加密成公開參數；

S2：構造一個新的初值獲取模型GetM將明文參數和公開參數作為輸入值生成混沌系統的初始值，迭代混沌系統，生成混沌序列，對混沌序列預處理并計算得到密鑰流；

S3：對密鑰流進行排序得到索引，對明文圖像進行索引置亂得到置亂圖像，將置亂圖像的像素進行映射，得到映射圖像；

S4：利用測量矩陣對映射圖像進行2D壓縮感知，得到壓縮圖像，對壓縮圖像進行量化運算得到量化圖像，對量化圖像擴散加密，得到密文圖像；

S5：對密文圖像進行十進制位分解，得到三個位矩陣；對載體圖像進行整數小波變換，得到四個系數矩陣；其中，系數矩陣分別是一個近似矩陣和三個細節矩陣；

S6：將三個位矩陣嵌入到三個置亂后的細節矩陣中得到嵌入后的細節矩陣；將嵌入后的細節矩陣進行逆置亂，得到逆置亂后的細節矩陣，將近似矩陣和逆置亂后的細節矩陣進行逆整數小波變換，得到視覺有意義加密圖像。。

2.根據權利要求1所述一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，其特征在于，步驟S1步驟包括：

S1.1：輸入大小為M×N的明文圖像P和載體圖像Z，構建一個新的混沌系統如下式：

S1.2：計算明文參數α,β,γ：提取圖像P的信息熵s和矩陣的跡tr，并且生成兩個隨機數u和r；為符合RSA加密算法中明文輸入的限制條件和增強明文的敏感性，信息熵s、矩陣的跡tr、隨機數u和r作為圖像P的明文信息，構造一個新的參數轉換模型TransM分別對明文信息s,tr,u,r進行參數轉換，得到三個明文參數α,β,γ，參數轉換模型TransM如下式：

S1.3：計算公開參數α′,β′,γ′：根據接收方公開的三份公鑰{(e₁,n₁),(e₂,n₂),(e₃,n₃)}，利用RSA加密算法分別加密三個明文參數α,β,γ，得到三個公開參數α′,β′,γ′，將α′,β′,γ′作為密鑰給傳輸給接收方。

3.根據權利要求2所述一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，其特征在于，步驟S1.1中混沌系統的初始密鑰為x₀,y₀,z₀，，控制參數為：a＝3,b＝40,c＝0.5,d＝0.001,g＝0.09，消除瞬態效應的控制參數t＝200,兩個大素數p＝1381,q＝1231，公鑰e＝311,壓縮比RT＝0.25。

4.根據權利要求3所述一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，其特征在于，S2步驟包括：

S2.1：生成混沌系統的初始值：構造一個新的初值獲取模型GetM將三個參數對(α,α'),(β,β'),(γ,γ')進行非線性轉換，將明文參數和公開參數作為輸入值生成混沌系統的三個初始值x₀,y₀,z₀；初值獲取模型GetM為二元非線性函數，如下式：

其中，ν代表明文參數α,β,γ，ν′代表公開參數α′,β′,γ′；初值獲取模型GetM的定義域是全體實數，值域是[0,1]；

S2.2：生成密鑰流：根據Rouge-Kutta法迭代混沌系統生成三個混沌序列x,y,z，長度為M×N+t；對混沌序列x,y,z預處理并計算得到密鑰流X,Y,Z，如下式：

其中，t表示混沌序列的前t個點。

5.根據權利要求4所述一種基于2D壓縮感知的非對稱視覺有意義圖像加密方法，其特征在于，步驟S2.2中，為了消除混沌系統的瞬態效應，剔除混沌序列的前t個點，其中t＝200。