[發明專利]一種基于SVIR傳播模型的圖像加密方法

在審

• 申請號: 202310378447.1
• 申請日: 2023-04-11
• 公開（公告）號: CN116418920A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 朱廣冬;張偉;朱志良;于海
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04N1/44;H04L9/00
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

本發明提供一種基于SVIR傳播模型的圖像加密方法，涉及圖像加密技術領域。該方法首先將明文圖像的像素全部標記為易感狀態，并使用偽隨機數生成器生成偽隨機數；然后根據偽隨機數，選擇天然免疫像素和初始感染像素；再根據處于感染狀態的像素的位置，在感染像素所在的行和列，以及八鄰域范圍內進行“疾病”傳播，最終確定感染狀態的像素以及處于易感和接種狀態的像素；最后，根據處于感染狀態的像素被感染的先后順序、處于易感和接種狀態的像素位置的先后順序重新排列密文圖像像素的位置，改變像素的像素值，得到密文圖像。該方法提高了加密速度，且使密文圖像具備強魯棒性，可以在密文圖像存在數據丟失或參雜噪聲時盡可能的還原明文圖像的內容。

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SVIR傳播模型的圖像加密方法。

背景技術

隨著社會的發展，越來越多的文本、圖像等數字媒體信息被上傳到互聯網。因此，通信安全是人們關注的重點。因為個人生物信息獨一無二的特性，被廣泛的使用在各種安全驗證的場景，而數字媒體圖像中可能包含指紋、虹膜等個人生物信息，一旦被泄露就可能會影響到個人財產安全，因此對數字圖像進行加密是非常有必要的。

《Astudy?of?encryption?algorithms?AES,DES?and?RSA?for?security》使用傳統的AES、DES、RSA算法對圖像分別進行了加密，并對它們的加密性能進行了對比。實驗結果發現三個算法中，AES算法的加解密時間最短，RSA算法的加密時間最長。

為了滿足現代通信實時安全加密的需求，相關從業者專門為圖像加密設計了很多的加密方法，混沌系統因為具有非周期性、對初始條件敏感等特性，被廣泛應用在圖像加密領域。

《An?Efficient?Image?Encryption?Scheme?Based?on?the?LSS?Chaotic?Mapand?Single?S-Box》提出了一種安全高效的基于混沌系統和S-box的圖像加密方法，該方法使用新提出的離散復合混沌系統Logistics-Sine系統構造一個全新的S-box，并且混沌系統產生的密鑰流與明文圖像密切相關，因此經過該S-box和密鑰流處理后的密文圖像可以有效抵御各類明文攻擊。

傳統的加密方法，如DES、AES等，因為其處理流程、密鑰長度等原因，在面對圖像這種數據量大、相鄰像素關聯性強的處理對象，速度和安全性無法達到要求。

《An?Efficient?Image?Encryption?Scheme?Based?on?the?LSS?Chaotic?Mapand?Single?S-Box》中的算法雖然可以有效抵御各類明文攻擊，但因為S-box和密鑰流的產生完全依賴新提出的Logistics-Sine系統，因此整個算法的加密效率完全依賴于混沌系統，并且因為在加密過程中當前區域的加密效果會受到之前區域的影響，所以該算法不具備抗干擾能力，當密文圖像產生數據丟失或參雜噪聲后將無法完成對密文圖像的解密操作。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于SVIR傳播模型的圖像加密方法，實現對圖像的加密。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種基于SVIR傳播模型的圖像加密方法，首先將明文圖像的像素全部標記為易感狀態S，并使用偽隨機數生成器生成偽隨機數；然后根據偽隨機數生成器生成的偽隨機數，選擇天然免疫像素和初始感染像素；根據處于感染狀態的像素的位置，在感染像素所在的行和列，以及八鄰域范圍內進行“疾病”傳播，最終確定感染狀態I的像素以及處于易感S和接種狀態V的像素；最后，根據處于感染狀態I的像素被感染的先后順序、處于易感S和接種狀態V的像素位置的先后順序重新排列密文圖像像素的位置，同時改變像素的像素值，最終得到密文圖像。

具體包括以下步驟：

步驟1：遍歷明文圖像，將全部的明文像素標記為易感狀態S，并獲得明文圖像的像素值累加和C_pixel；