基于三维置乱模型和混沌的多图像加密方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109150492A(43)申请公布日2019.01.04(21)申请号201810938148.8(22)申请日2018.08.17(71)申请人中国矿业大学地址221008江苏省徐州市泉山区中国矿业大学文昌校区东21号1单元102室(72)发明人张晓强王雪松程玉虎(51)Int.Cl.H04L9/00(2006.01)H04L9/08(2006.01)H04N1/32(2006.01)权利要求书2页说明书3页附图3页(54)发明名称基于三维置乱模型和混沌的多图像加密方法(57)摘要一种基于三维置乱模型和混沌的多图像加密方法，属于信息加密领域。目前，网络批量图像传送和存储变得日益频繁，为保护多幅交互图像内容的安全性，本发明提出一种基于三维置乱模型和混沌的多图像加密方法。受魔方游戏的启发，在定义图内行置乱，图内列置乱和图间置乱的基础上，建立了图像的三维置乱模型。首先，利用三维置乱模型对k幅原始图像进行像素置乱；然后，利用混沌，对置乱结果进行异或（exclusiveOR，XOR）运算，产生k幅加密图像。实验表明：该算法可同时加密多幅交互图像，且算法加密效果良好，密钥空间大，密钥敏感性强，安全性高，高效。CN109150492ACN109150492A权利要求书1/2页1.基于三维置乱模型和混沌的多图像加密方法，其特征在于，加密过程包括如下步骤：步骤1：混沌序列产生：令k幅原始图像分别为I1,I2,…,Ik，其大小均为m×n；随机选11取分段线性混沌映射（Piece-WiseLinearChaoticMap，PWLCM）的初始值z0和参数p；11Alice迭代该映射m次，可获得一个混沌序列Z={zi}m，并计算：1116ri=mod(floor(zi×10),m)，（1）1111其中，zi∈Z，R={ri}m，floor()是取整函数；类似地，她随机选取另外一个PWLCM映射2222的初始值z0和参数p，迭代该映射n次，可获得一个混沌序列Z={zi}n，并计算：2216ri=mod(floor(zi×10),n)，（2）2222其中，zi∈Z，R={ri}n；步骤2：混沌矩阵产生：随机选取二维Logistic映射的初始值x0,y0和控制参数r1,r2,s1,s2，Alice迭代该映射m×n次，可得2个混沌序列X={xi}mn和Y={yi}mn，并计算：116ci=mod(floor(xi×10),k)，（3）216ci=mod(floor(yi×10),256)，（4）1其中，xi∈X，yi∈Y；依据元素位置，Alice将混沌序列{ci}mn转换成一个大小为m×n的122混沌矩阵C；类似地，她也将混沌序列{ci}mn转换成一个大小为m×n的混沌矩阵C；步骤3：三维置乱模型置乱：Alice利用混沌序列R1，对k幅原始图像I1,I2,…,Ik执行图内行置乱，可得对应置乱结果分别为I1r,I2r,…,Ikr；Alice利用混沌序列R2，对I1r,I2r,…,Ikr执行图内列置乱，可得对应置乱结果分别为I1c,I2c,…,Ikc；Alice利用混沌序列C1，对I1c,I2c,…,Ikc执行图间置乱，可得对应置乱结果分别为I1e,I2e,…,Ike；步骤4：图像扩散：利用混沌矩阵C2，对置乱结果I1e,I2e,…,Ike进行图像扩散操作，可得k幅加密图像分别为J1,J2,…,Jk。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中，PWLCM方程为：，（5）其中，控制参数p∈(0,0.5)。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，二维Logistic映射为：，（6）其中，控制参数r1∈(2.75,3.4]，r2∈(2.75,3.45]，s1∈(0.15,0.21]和s2∈(0.13,0.15]。2CN109150492A权利要求书2/2页4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3中，图内行置乱指：置乱操作仅在一幅图像内部进行，且每次仅对一行像素位置进行向左或向右循环移位置乱操作，例如112对原始图像I的第i行像素，i=1,2,…,m，执行ri∈R次向右循环移位，其他原始图像I,I3,…,Ik进行类似操作。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3中，图内列置乱指：置乱操作仅在一幅图像内部进行，且每次仅对一列像素位置进行向上或向下循环移位置乱操作，例如1r2对图内行置乱结果图像I的第j列像素，j=1,2,…,n，执行rj∈R次向上循环移位，其他图内行置乱结果图像I2r,I3r,…,Ikr进行类似操作。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤3中，图间置乱指：置乱操作在k幅图像之间进行，且每次仅对k幅图像相同位置的像素