一种基于混沌的快速彩色图像加密方法.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CN107633175A(43)申请公布日2018.01.26(21)申请号201710825211.2(22)申请日2017.09.14(71)申请人交通运输部水运科学研究所地址100088北京市海淀区西土城路8号申请人天津港（集团）有限公司(72)发明人高倍力肖扬汤文扬解婷李东升朱连义文捷李勋吴凤明(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人李运萍(51)Int.Cl.G06F21/60(2013.01)H04L9/06(2006.01)H04L9/00(2006.01)权利要求书3页说明书14页附图6页(54)发明名称一种基于混沌的快速彩色图像加密方法(57)摘要本发明提出一种基于混沌的快速彩色图像加密方法，该方法初始化置乱密钥和替代密钥；将待加密图像像素记为一维数组；生成超混沌Lü系统的混沌序列；对混沌序列进行量化处理，得到置乱密钥流；根据置乱密钥流permKstr对待加密图像像素数组进行置乱操作；以替代密钥作为logistic混沌映射的状态变量初始值进行logistic映射迭代，根据logistic混沌映射的当前状态变量值生成三个替代密钥流元素对置乱操作后的数组imgDatal的一个像素点的三个子像素进行加密；对待加密图像像素进行多轮加密，得到加密后的数组；显著提升了加密效率；通过引入基于明文的混沌轨道扰动机制，使密钥流与明文相关，增强了加密系统抗选择明文攻击的能力，同时提高了混沌密钥流序列的随机统计特性。CN107633175ACN107633175A权利要求书1/3页1.一种基于混沌的快速彩色图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：初始化置乱密钥和替代密钥；步骤2：将待加密图像像素记为一维数组imgData＝{p0，p1，...，p3×H×W-1}，其中，pm为待加密图像像素点的红、绿、蓝三颜色分量的子像素值，m＝0，1，...，3×H×W-1，H为待加密图像的高度，W为待加密图像的宽度；步骤3：以初始化的置乱密钥作为超混沌Lü系统的状态变量初始值，生成超混沌Lü系统的混沌序列permSeq＝{ps0，ps1，ps2，...，ps3×H×W-2}，其中，psm为第m个混沌序列元素，m＝0，1，...，3×H×W-2；步骤4：对混沌序列进行量化处理，得到置乱密钥流permKstr＝{pk0，pk1，...，pk3×H×W-2}，其中，pkm为第m个置乱密钥流元素；步骤5：根据置乱密钥流permKstr对待加密图像像素数组imgData进行置乱操作，得到置乱操作后的数组imgDatal；步骤6：以替代密钥作为logistic混沌映射的状态变量初始值进行logistic映射迭代，根据logistic混沌映射的当前状态变量值生成三个替代密钥流元素对置乱操作后的数组imgDatal的一个像素点的三个子像素进行加密；步骤7：重复k次步骤5至步骤6，对待加密图像像素进行多轮加密，得到加密后的数组imgData2；步骤8：将明文图像文件的文件头和加密后的数组imgData2写入文件，得到加密图像。2.根据权利要求1所述的基于混沌的快速彩色图像加密方法，其特征在于，所述将待加密图像像素记为一维数组的具体方式为：将待加密图像像素按由上至下、由左至右的顺序读入一维数组imgData＝{p0，p1，...，p3×H×W-1}，其中，p0为第一个像素点的红色分量子像素值，p1为第一个像素点的绿色分量子像素值，p2为第一个像素点的蓝色分量子像素值，p3为第二个像素点的红色分量子像素值，p4为第二个像素点的绿色分量子像素值，p5为第二个像素点的蓝色分量子像素值，以此类推。3.根据权利要求1所述的基于混沌的快速彩色图像加密方法，其特征在于，所述步骤3包括以下步骤：步骤3.1：以初始化的置乱密钥作为超混沌Lü系统的状态变量初始值，采用四阶龙格-库塔法对Lü系统进行N0次预迭代；步骤3.2：对超混沌Lü系统进行次迭代，将每次迭代后的混沌映射状态变量的当前值(xn+1，yn+1，zn+1，un+1)依次放入一维数组permSeq＝{ps0，ps1，ps2，...，ps3×H×W-2}中，即超混沌Lü系统的混沌序列，其中，Lperm＝len(imgData)-1，len(imgData)为数组imgData的长度，为对Lperm/4向上取整，(xn+1，yn+1，zn+1，un+1)为超混沌Lü系统的n+1次迭代后的状态变量。4.根据权利要求1所述的基于混沌的快速彩色图像加密方法，其特征在于，所述对混沌序列进行量化处理的公式如下所示：2CN107633175A权利要求书2/3页其中，pos(pkm)函数为pkm在置乱密钥流permKstr中的位置，即m