基于混沌和FRFT的彩色图像加密算法.pdf

基于混沌和FRFT的彩色图像加密算法摘要：为了增强图像的保密性，恢复原彩色图像信息，提出了一种基于混沌和分数阶Fourier变换的彩色图像信息加密的算法。具体加密过程为：首先将原图像信号分为[R、G、B]三个灰色图像，其次对各个图像做混沌算法加密，最后再进行离散FRFT加密，输出最终的密文。利用MATLAB的仿真实验表明，此算法的图像加密和解密效果较好，能够较好的隐藏和保存彩色图像的信息。关键词：混沌加密；FRFT；彩色图像加密中图分类号：TP18文献标识码：A文章编号：1009-3044（2016）12-0201-03Abstract：Inordertostrengthentheconfidentialityoftheimage，andtorestoretheoriginalcolorimageinformation.ThispaperproposesacolorimagebasedonchaosandfractionalFouriertransformencryptionalgorithm.Specificprocessis：Firstofall，Lettheimageisdividedintothreeparts，forR、G、B.Andthenthechaoticencryption，finallythediscreteFRFTencryption.UseofMATLABsimulationshowthatthealgorithmhasgoodencryptionanddecryption，Itcanbetterhideandsavetheinformationofcolorimage.Keywords：chaoticencryption；FRFT；colorimageencryption随着互联网和计算机的迅速发展，作为信息载体的图像的安全性保障也受到越来越多人的关注。但是因某些图像所包含的信息是涉及个人隐私且不便为外人所知的，甚至有些是牵涉国家安全机密的，故图像信息的保密性也变得越来越重要[1]。在以往分数阶Fourier变换的加密算法中，虽然因阶次敏感而加密算法较多，但是其对分数阶域的少量系数进行加密，加密的隐蔽性稍差，且使用的是单色光照输入图像，使解密图像丢失了原有的色彩[2]。为加强加密效果，恢复原有的彩色图像，本文将混沌变换和FRFT相结合，以此来更好的加密和恢复彩色图像的信息。1混沌和FRFT的基本理论1.1分数阶Fourier变换的理论在对图像信号进行加密处理时，要利用离散的傅里叶变换做算法运行，且利用二位FRFT的可叠加性，可分为两次一维离散FRFT加密，分别有两个变换阶次，两个随机纯相位掩膜，故而可以进一步增强图像加密算法的隐秘性和可靠性[4]。1.2混沌加密混沌系统加密应用的序列是由系统迭代产生的，混沌系统具有随机性以及敏感性等等[5]。且使用混沌加密的另一优点就是：由混沌序列的方程是很难猜到其初始值的。在使用其加密时先应用混沌系统对图像的行和列置乱加密，有混沌序列控制每一行循环的位数，同样也要对每一列循环若干次[6]。但是仅仅使用混沌加密图像信息，也有些不足之处：计算精度的限制以及周期性的混沌序列使得安全性有时较低，在低位的混沌系统加密中隐秘和保密性不够高[7]。针对单一的混沌加密的不足，此文提出将混沌系统和FRFT结合起来，以此提高图像信息的隐秘性，以及更好地恢复彩色图像的信息[8]。1.3彩色图像加密和解密过程本文的混沌和FRFT加密相结合的彩色图像加密算法的大致过程如下：1）先读取彩色图像，将其分为[R、G]、[B]三部分灰度图像[9]，如图2；2）利用混沌系统加密对R、G、B三部分分别在行和列方向上加密，得到混沌加密图像R1、G1、B1，如图3；3）对R1、G1、B1做两次一维的FRFT，其中相位掩膜和阶次都是随机可变的[10，11]，得到最终的加密图像R2、G2、B2，如图4；4）解密是编码的逆变换，先对最终的加密图像R2、G2、B2做FRFT的逆变换，然后在对其在列和行上做混沌加密的逆变换，如图5、6，5）把R2、G2、B2的灰度图像结合在一起恢复成原彩色图像，如图7。下图此算法的流程图如下：2仿真和分析2.1仿真结果2.2仿真分析通过MATLAB的仿真可知，图2是原始彩色图像分解成三部分灰度图像，各代表图像的红色、绿色和蓝色分量；图3是经过混沌系统加密的图像，图4是在经过离散FRFT加密的图像，比较看出两者结合的加密更能隐藏原图像信息，图6、图7是解密后的图像，和原彩色图像1比较，原图像信息和颜色都可以完整的显示出来。图8是混沌解密密钥错误时的图像，图9是FRFT解密密钥不对时的图像，比较图6、7、8、9可看出任意混沌密钥和分数阶的密钥不正确时，得出的图像都不能正确的显现出三种分量