申请/专利权人：中国人民解放军海军工程大学

申请日：2021-12-17

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN114389788B

主分类号：H04L9/00

分类号：H04L9/00;H04L9/20;H04N1/44;G06T1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2022.10.14#实质审查的生效;2022.04.22#公开

摘要：本发明公开了混合混沌与分块置乱图像加密算法，具体包括以下步骤：S1、先将图像的像素按4个像素点为单元进行分块，S2、对每个块的4个像素点利用两个混沌系统产生的混合混沌伪随机序列进行块内置乱，再对图像的所有像素点进行整体置乱，S3、然后再利用两个混沌系统产生的混合混沌伪随机序列对置乱后的图像像素矩阵进行扩散，S4、最后使用MATLAB软件对算法进行仿真，并对该算法进行分析，本发明涉及混沌图像加密技术领域。该混合混沌与分块置乱图像加密算法，通过将置乱方式与混合混沌系统相互结合，并应用混合混沌对置乱操作进行控制以充分利用密钥空间，会增强图像加密性能，从而提升图像加密的抗攻击性。

主权项：1.混合混沌与分块置乱图像加密算法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、先将图像的像素按4个像素点为单元进行分块；S2、对每个块的4个像素点利用两个混沌系统产生的混合混沌伪随机序列进行块内置乱，再对图像的所有像素点进行整体置乱；S3、然后再利用两个混沌系统产生的混合混沌伪随机序列对置乱后的图像像素矩阵进行扩散加密；S4、最后使用MATLAB软件对算法进行仿真，并通过密钥空间、直方图、信息熵和相邻像素相关性图像加密性能指标对该算法进行分析；所述步骤S2中置乱的算法具体包括以下步骤：T1、读取输入的原始图像的像素值，得到像素矩阵A；T2、按改进的分块置乱算法对图像进行预处理，将图像像素值放入二维矩阵中，将二维矩阵分割成若干个2×2的矩阵块，若不能够进行整除则对较短的边进行补“0”；T3、通过给定的两个混沌系统产生的混合混沌伪随机序列，动态选取P值，确定相应置乱种类，将矩阵按照改进的分块置乱算法进行块内置乱；T4、通过给定的两个混沌系统产生的混合混沌伪随机序列为参数，将所有像素值进行排序置乱；T5、经过上述步骤T1-T4，得到了一个置乱矩阵；所述步骤S2和S3中混合混沌系统伪随机序列的产生方法具体包括以下步骤：E1、取混合混沌系统在初始时刻一段时间后的抽样作为混沌伪随机系列进行加密；E2、取序列中元素的小数点后15位，将其化整，因为所用图片大小为256×256，故将整数化的混沌伪随机序列对256取模，得到整数混沌伪随机序列；所述混合混沌系统伪随机序列的产生选用Logistic混沌系统和四维Chen超混沌系统进行加密，具体为：Logistic混沌系统是二维成对Logistic混沌系统： 式中λ1、λ2、γ1和γ2为系统参数，当2.75＜λ1≤3.4，2.7＜λ2≤3.45，0.15＜γ1≤0.21，0.13＜γ2≤0.15时，该混沌系统为混沌映射，其中wn,un∈0,1；四维Chen超混沌系统： 其中x,y,z,q为状态变量，a,b,c,d,k为系统参数，当这些参数取某些特定的值时，系统呈现出混沌状态；所述步骤S3中加密所采用的加密算法具体包括以下步骤：P1、读取原始图像，将其转化成一个二维像素值矩阵，将二维矩阵切割成2×2的矩阵块，若不能够进行整除则对较短的边进行补“0”，形成一个n×n的矩阵；P2、取二维Logistic函数的参数λ1,λ2,γ1,γ2的值分别为3.01,2.8,0.16,0.14，状态变量的初始值w0,u0为3.01,2.8，作为密钥，代入离散混沌系统Logistic混沌系统，去掉前400项，得到混沌实数混沌伪随机序列wi,ui；P3、取四维Chen超混沌系统的参数a＝35,b＝3,c＝12,d＝7,k＝0.58，状态变量的初始值x,y,z,q分别取0.1,0.001,0,0.1，作为密钥，代入Chen超混沌系统，去掉前400项，得到混沌实数混沌伪随机序列xi,yi,zi,qi；P4、由下式：kx＝[|xi-[xi]|]×1015,ky＝[|yi-[yi]|×1015]mod256, 取混沌实数序列中元素小数点后15位，除KX序列外进行取整后取模256，转化成0,255范围内的混沌伪随机序列，KX序列作为置乱排序的序列，所以不对256取模，式中[·]为取整函数，六组序列中xi,yi为单独的两组序列，zi,qi两组序列交叉排列，wi,ui两组序列交叉排列，一共得到新的四组序列；P5、将伪随机序列K、KZ转换成二维矩阵H、HZ，大小皆为n×n；P6、将序列KY对24取模，确定P值，作为块内变换的参数选定变换的方式，依次对每一个矩阵块进行置乱，得到图像A；P7、以图像A为对象，利用序列KX对单个的像素坐标位置，按从小到大的顺序进行排序置乱得到图像B；P8、由式 将矩阵B、矩阵H和矩阵HZ进行异或运算，得到加密矩阵M，转化得到加密图像。

全文数据：

权利要求：

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