一种基于Lorenz混沌系统的比特移位图像加密方法.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CN114124344A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111292667.X(22)申请日2021.11.03(71)申请人中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院地址230000安徽省合肥市蜀山区黄山路451号(72)发明人龙洋黄枫丁立超夏宇谢辉祥徐绍麟刘思力潘伟孙建伟(74)专利代理机构辽宁鸿文知识产权代理有限公司21102代理人苗青(51)Int.Cl.H04L9/00(2022.01)H04N1/44(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图5页(54)发明名称一种基于Lorenz混沌系统的比特移位图像加密方法(57)摘要本发明属于通信保密领域，公开了一种基于Lorenz混沌系统的比特移位图像加密方法，该方法在分析Lorenz方程x，y，z三组伪随机序列性能的基础上，引入合适的预处理与量化机制，通过控制参与移位操作的明文比特数、移位方向与移位位数达到更改图像像素灰度值的目的。该算法有效地解决了图像加密的速度缺陷，同时在有限精度下扩展了密钥空间，较大幅度地提高了抗密钥穷举攻击的能力。CN114124344ACN114124344A权利要求书1/1页1.一种基于Lorenz混沌系统的比特移位图像加密方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤1，随机选初始值{x0,y0,z0}，代入Lorenz方程，将充分大步数k得到的{xk,yk,zk}作为密钥；步骤2，将步骤1得到的密钥作为初值代入Lorenz系统，将得到x，y，z序列实值进行预处理，得到混沌实值序列；所述对x，y，z实数值混沌序列进行预处理：(1)去除各实数值的整数部分，统一值域；(2)在去整的基础上再将小数点后移；整个预处理过程由下式实现：kkxk(i)＝10xk(i)‑round(10xk(i))(2)式中，round(·)为取最接近整数运算。步骤3，将步骤2预处理后的x实值序列量化到整数区间xi∈[1,32]；y实值序列量化到整数区间yi∈[0,1]；z实值序列量化到整数区间zi∈[0,xi‑1]；步骤4，按如下规则进行比特移位：参与移位操作的明文比特数为xi；若yi＝0则执行左移操作，否则执行右移操作；移位位数为zi；直到整个图像加密完毕。2CN114124344A说明书1/4页一种基于Lorenz混沌系统的比特移位图像加密方法技术领域[0001]本发明涉及通信保密领域，具体是一种数字混沌通信保密电路的设计方法。背景技术[0002]图像信息是人类认识世界与表达信息的重要手段之一，人类从外界获取的信息之中，有80％以上都是通过视觉感知获取的。近年来，由于通信技术特别是Internet技术与多媒体技术的飞速发展，越来越多的领域需要传送数字图像信号，如分布式多媒体计算机系统、ISDN网络、HDTV系统、远程可视会议系统和地理信息系统等都是这方面的研究热点。这些方式不但方便快捷，不受地域限制，而且可以为数据拥有者节约大量的费用。大量的敏感图像信息开始通过公共通信设施或计算机网络来进行交换，除了军事机密和外交通信外，还有许多重要的商业技术和个人隐私信息，如信用交易记录、病历、法庭记录、私人财产记录等。但这同时也为不法分子利用网络获取未授权数据提供了渠道。图像发行者为了保护自身的利益，就需要可靠的图像数据加密技术。[0003]传统的图像加密技术是一种基于像素置乱的加密算法，一般不具备抗统计攻击能力，算法不可公开，不符合现代密码体制。基于混沌的图像加密技术是近年来才发展起来的一种图像加密技术，空域复合方法是目前较为常用的一种混沌图像加密算法，其具有加密速度快，安全性较高，无额外畸变引入的特点。但是由于该算法引入了灰度值变换，速度因素是其主要缺陷。[0004]模拟电路实现的混沌保密系统，应用时很难做到收发两端的混沌电路完全匹配。为了克服这个缺点，虽然一些文献也提出了一些方法，比如利用数字滤波器的拟混沌特性实现数字保密通信、采用非自治的混沌系统实现模拟保密通信等，但这方面的研究还比较少，有待于继续探索解决的方法。[0005]流密码加密技术通过有限的状态机产生性能优良的伪随机序列，使用该序列逐比特加密信息流而得到密文序列。其加密强度完全依赖于密钥流发生器所生成序列的随机性和不可预测性，即核心问题为密钥流生成器的设计。传统的密钥流生成器大多基于m序列及其非线性组合构建，对m序列伪随机性能的研究发现，尽管其有较好的伪随机性并且易于实现，但具有序列周期较短、码数少、相关特性随序列长度的增加降低及易于破译等缺点。混沌理论的发展为流密码加密提供了新思路，混沌是确定性系统，而由其产生的序列是伪随机的，在理想条件下具有无限大的周期，具有类似高斯白噪声的统计特性，更重要的是，由于混沌系统对初始值和参数极端