基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115499557A(43)申请公布日2022.12.20(21)申请号202211114087.6(22)申请日2022.09.13(71)申请人洛阳师范学院地址471000河南省洛阳市伊滨区吉庆路6号(72)发明人赵朝锋杜庆辉尹承伟翟志波张永新沈家全李德光赵鹏(74)专利代理机构郑州中科鼎佳专利代理事务所(特殊普通合伙)41151专利代理师寇冰(51)Int.Cl.H04N1/44(2006.01)H04L9/00(2022.01)G06T1/00(2006.01)G06N7/08(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图6页(54)发明名称基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法(57)摘要本发明公开了一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其包括以下步骤：S1：选取适当的参数和初值作为密钥，通过延迟诱发超混沌系统产生混沌序列，并对该混沌序列进行图像化处理，得到图像化序列；S2：通过Arnold映射对原始图像进行多轮置乱，得到置乱图像；S3：通过图像化序列将置乱图像转化为扩散图像；S4：通过图像化序列和多移位映射函数对扩散图像进行处理，得到密文图像。本加密方法在理论上具有无限维的密钥空间，极大地提高了算法密钥的敏感性和安全性。此外，本加密方法具有更快的加密速度，能够有效抵抗安全攻击。本加密方法解决了现有加密方法密钥空间过小，鲁棒性差、效率低、难以抵抗明文攻击等问题。CN115499557ACN115499557A权利要求书1/2页1.一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：包括以下步骤：S1：选取适当的参数和初值作为密钥，通过延迟诱发超混沌系统产生混沌序列，并对该混沌序列进行图像化处理，得到图像化序列；S2：通过Arnold映射对原始图像进行多轮置乱，得到置乱图像；S3：通过图像化序列将置乱图像转化为扩散图像；S4：通过图像化序列和多移位映射函数对扩散图像进行处理，得到密文图像。2.如权利要求1所述的一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：S1中，所述超混沌系统为具有理论无穷维的超混沌系统，所述超混沌系统所产生混沌序列为伪随机混沌序列。3.如权利要求1所述的一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：S1包括以下分步骤：S1.1：超混沌系统的数学模型为：式中，a、b、c为参数，x、y、z为状态变量，k为线性反馈增益，τ为延迟时间；取状态序列x、y、z的最后M*N个值，形成三个序列X、Y、Z；S1.2：通过式(2)将序列X、Y、Z转换为值在[0，255]的序列X′、Y′、Z′；通过式(3)构造一个图像化序列Zh，图像化序列Zh用于混淆操作；Zh＝mod(X′+Y′，256)。(3)4.如权利要求3所述的一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：S2中，通过式(4)对原始图像P进行Arnold映射，得到置乱图像P1；式中，(i，j)为变换前原始图像P的像素位置，(i′，j′)为变换后图像的像素位置，a、b是变换参数，M为图像的长，N为图像的宽，mod(·)为模运算。5.如权利要求4所述的一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：设a＝113，b＝97，通过式(4)对原始图像P进行两轮Arnold映射，得到置乱图像P1。6.如权利要求4或5所述的一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：式(4)的解密映射为：2CN115499557A权利要求书2/2页7.如权利要求4所述的一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：S3包括以下分步骤：S3.1：将置乱图像P1转换为一维像素数组P2；S3.2：通过式(6)计算中间序列初值Pm(0)；S3.3：通过式(7)产生序列Pm(ii)；Pm(ii)＝mod(P2(ii)+Pm(ii‑1)+Zh(ii)，256)(7)式中，ii＝1，2，3，4，…，M*N。8.如权利要求7所述的一种基于Arnold映射和多移位映射函数的延迟混沌图像加密方法，其特征是：S4包括以下分步骤：S4.1：使用多移位映射函数对分段函数进行重构；其中，f为线性分段函数：式中，C是密文图像，p是明文，k是密钥，n是迭代次数，1是参数；S4.2：将序列Pm和序列Z′分别作为式(8)和式(9)的明文和密钥，迭代2次后得到相应的序列值C1；S4.3：将C1重构为M×N的矩阵，然后重复步骤S1‑S3，得到新一轮重构矩阵，最终形成密文图像C。3CN115499557A说明书1/9页基于Arnold映射