一种具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法.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CN106778304A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201611128972.4(22)申请日2016.12.09(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(72)发明人朱连义肖扬高倍力汤文扬任勤雷窦路(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人梁焱(51)Int.Cl.G06F21/60(2013.01)权利要求书2页说明书11页附图4页(54)发明名称一种具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法(57)摘要本发明提出一种具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法，属于图像处理技术领域，本发明其置乱算法基于像素点交换机制，交换目标的位置由logistic混沌映射生成；置乱密钥，即logistic映射的初始状态，由明文图像的City哈希值所确定；基于哈希函数的雪崩特性和混沌系统对初值的极端敏感性，两幅明文图像间即使只存在微小的差异，也将产生完全不同的置乱效果；这种与明文相关的置乱方法可有效加速扩散过程，并提高扩散强度；扩散性能分析测试表明，本发明方法通过降低相对耗时的扩散过程所需的迭代轮数，获得了加密速度的提升。CN106778304ACN106778304A权利要求书1/2页1.一种具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、设置logistic映射的控制参数、Lü系统的控制参数和扩散密钥；步骤2、按由上至下、由左至右的顺序，将待加密图像每个像素的三个颜色分量的值依次存入一个一维数组中；步骤3、根据所获得的待加密图像一维数组，对明文图像进行置乱处理，具体如下：步骤3-1、根据所获得的待加密图像一维数组获得City哈希值；步骤3-2、根据获得的City哈希值，设置logistic映射的状态变量初值；步骤3-3、根据设置的logistic映射的状态变量初值和控制参数，预迭代logistic映射使其充分进入混沌状态；步骤3-4、正式迭代logistic映射，将每次迭代得到的状态变量值依次放入一维数组中，获得logistic映射状态变量数组，该状态变量数组的长度为：待加密图像一维数组的长度-1；步骤3-5、对logistic映射状态变量数组进行量化，得到伪随机置乱序列，该序列中的每个元素表示待交换元素所在位置；步骤3-6、根据伪随机置乱序列中每个元素的对应位置，将待加密图像一维数组中的每一个元素与对应位置的元素相交换，待加密图像一维数组中最后一个元素不做置乱处理：步骤4、将置乱处理后的待加密图像一维数组进行扩散处理，具体如下：步骤4-1、生成扩散密钥流序列，该序列的长度为：待加密图像一维数组的长度；步骤4-2、根据扩散密钥流序列，对置乱处理后的待加密图像一维数组中的每一个元素实施加密；步骤5、反复执行步骤3至步骤4，进行多轮加密，获得密文图像。2.根据权利要求1所述的具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法，其特征在于，步骤3-2所述的根据获得的City哈希值，设置logistic映射的状态变量初值，具体公式如下：32x′0＝hashp/2(1)其中，x′0表示logistic映射的状态变量初值，hashp表示待加密图像一维数组P的City哈希值。3.根据权利要求1所述的具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法，其特征在于，步骤3-3所述的根据设置的logistic映射的状态变量初值和控制参数，迭代logistic映射使其充分进入混沌状态，具体公式如下：x′n+1＝μx′n(1-x′n)，x′n∈[0，1]，μ∈[0，4](2)其中，μ表示logistic映射的控制参数，x′n表示logistic映射第n次迭代的状态变量值，其初始值为x′0。4.根据权利要求1所述的具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法，其特征在于，步骤3-5所述的对logistic映射状态变量数组进行量化，得到伪随机置乱序列，该序列中的每个元素表示待交换元素所在位置，具体公式如下：2CN106778304A权利要求书2/2页其中，rn表示待加密图像一维数组P中元素pn待交换位置，pos(qn)函数表示元素qn在logistic映射状态变量数组Q＝{q0，q1，...，q3×W××H-2}中的位置，即n；abs(qn)函数表示元素qn的绝对值；sig(num，m)函数表示num的前m位有效数字；mod(num1，num2)函数表示num1除以num2的余数，len(P)表示待加密图像一维数组P的长度。5.根据权利要求1所述的具有明文相关置乱机制的快速混沌图像加密方法，其特征在于，步骤4-1所述的生成扩散密钥流序列，具体如下：步骤4-1-1、预迭代Lü系统，使其充分进入混沌