申请/专利权人：东南大学

申请日：2021-11-18

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN114157772B

主分类号：H04N1/32

分类号：H04N1/32;H04L9/08;H04L9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2022.03.25#实质审查的生效;2022.03.08#公开

摘要：本发明公开了一种基于时空混沌系统和半张量积压缩感知的数字图像加密方法，包括如下步骤：1密钥生成；2置乱过程；3时空混沌系统迭代；4半张量积压缩感知加密；5扩散过程；6解密过程。本发明能够减少数字图像的数据量，提高加密安全性和加密效率的效果。

主权项：1.一种基于时空混沌系统和半张量积压缩感知的数字图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：1密钥生成：将输入的明文图像全部像素值作为哈希函数SHA384的输入，并生成384比特的图像哈希值，用于生成步骤2中的置乱和步骤3中时空混沌系统的初始值；2置乱过程：对输入的明文图像作离散小波变换DWT后，使用Arnold置乱方法均匀化小波系数矩阵的每列非零元个数，获得置乱的小波系数矩阵，其中，Arnold置乱的参数由步骤1的图像哈希值所决定；3时空混沌系统迭代：将步骤1的部分图像哈希值作为时空混沌系统的真实初始值，迭代时空混沌系统，提取其输出序列，用于生成步骤4的测量矩阵，以及作为步骤5扩散过程的控制密钥；具体为：时空混沌系统第1至第6个格子真实初始值的计算方式如公式4至公式9所示，其中，h1,h2,…,h48为对384位的哈希值H每8位合为一组，得到48个数值范围在0到255之间的整数，x10至x60表示加密双方预先协商好的随机数，时空混沌系统第7至第L个格子的真实初始值等于加密双方预先协商好的随机数，L表示耦合映像格子中格子的数量； 一种混合线性—非线性耦合映像格子的时空混沌系统，系统的结构如公式10所示： 其中，i、j、k分别代表不同的格子，2≤i≤L-1,1≤j、k≤L，ε表示耦合参数，0≤ε≤1，η表示非线性邻居耦合参数，0≤η≤1，n表示离散时间，n＝1,2,3,…，fx＝μx1-x为系统的映射函数——logistic函数，μ∈0,4]，i、j、k的关系由公式11的Arnold映射决定，p和q为Arnold变换参数； 4半张量积压缩感知加密：使用步骤3中提取的混沌序列构造半张量积测量矩阵，对步骤2所得的置乱系数矩阵进行半张量积压缩加密，获得初次加密的密文图像；具体为：首先，从混沌系统L个格子中选择一个格子xi的前mSTP×nSTP个随机数，以列的方式，重排成混沌矩阵随后，作变换构造出半张量积测量矩阵接着，将置乱后的稀疏系数矩阵P2代入公式12所表示STP-CS模型中的x，实现压缩和初步加密，得到测量值P3，其中P3的大小为 5扩散过程：对步骤4所生成的密文图像，应用DNA随机编码和解码、DNA加法和比特异或操作进一步强化加密效果，获得最终的密文图像；其中，DNA随机编码规则、和比特异或密钥由步骤3所提取的混沌序列所决定；6解密过程：首先从加密方获取步骤1和步骤3所生成的图像哈希值以及时空混沌系统的初始值；随后，对步骤5的密文图像作比特异或、DNA随机解编码和DNA减法操作，解密出步骤4压缩后的密文图像；接着，利用半张量积测量矩阵和密文图像，运行并行SL0算法，重建出步骤2置乱后的小波系数矩阵；最后，依次通过Arnold逆置乱处理和二级离散小波逆变换解密出原始明文图像。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 东南大学 一种基于时空混沌系统和半张量积压缩感知的数字图像加密方法

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