[发明专利]基于移位变换的图像加密算法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种数字图像加密算法，尤其涉及一种基于移位变换的图像加密算法。

背景技术：

随着科技日新月异的发展，信息技术在人们的日常生活中得到了广泛的应用，同时，网络技术与多媒体技术的完美结合使得网络的应用范围得到了进一步的拓宽，大量的多媒体信息通过互联网这一媒介进行交换使用。因此，网络信息交流在今天显得尤为重要，数字图像作为多媒体信息的重要载体，对于图像的安全传输成为现阶段信息安全问题的一个重要方向。将数字图像信息加密处理，使之成为不可分辨的秘密图像这一过程近年来在该领域得到了广泛的研究，加密的方法主要是对图像像素点的位置进行变换或每一个像素点的像素值进行变换。由于混沌系统具有随机性，和对于初值的敏感性，使其在图像加密中被广泛运用。近年来许多专家学者也得出其研究成果，2009年，罗军在文献1“基于混沌系统的数字图像加密算法”（计算机工程与设计，2009,08）中提出的方法是对Lorenz系统产生的实值序列进行预处理得到伪随机的整数序列，然后利用预处理后的整数序列作为密钥流，对数字图像进行多轮的幻方变换和非线性变换来实现数字图像的加密。2010年，周蕊在文献2“一种基于混沌序列的数字图像加密算法”（微电子学与计算机，2012,12（27））中鉴于传统图像加密技术和低维混沌加密技术的局限性，构造了二维Logistic系统，分析其混沌特性，并将其与数字图像置乱技术相结合，设计了一种基于二维Logistic混沌系统的数字图像加密算法。这些方法都相对较复杂，加密速度慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于移位变换的图像加密算法，该算法将图像通过行和列的二进制移位操作，与Logistic混沌序列形成的同样大小的二维矩阵进行二进制按位异或处理，得到一个全新的图像，从而完成图像的加密操作。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于移位变换的图像加密算法，包括以下步骤：

(1)将大小为m×n的灰度图像A的每个像素点的值转换成二进制，然后进行按列移位，即将第1列按位左循环1位，将第2列按位左循环2位，以此类推，将第7列按位左循环7位，从第8列开始，再依次左循环1位，第9列按位左循环2位，得到图像B；

(2)将通过Logistic混沌序列生成的大小为m×n的矩阵，记为C，将C的值转换成二进制，与循环移位后的图像B进行按位异或处理，得到图像D；

(3)将图像D进行按行移位，即将第1行按位右循环1位，将第2列按位右循环2位，以此类推，将第7列按位右循环7位，从第8列开始，再依次右循环1位，第9列按位右循环2位，得到图像E；

(4)将C与图像E进行按位异或处理，得到图像F；

本发明所述的Logistic混沌序列为X_n+1=μ×X_n×(1-X_n)，其中，0＜μ≤4，0＜X_n＜1，n为自然数，X_n在区间[0,1]上遍历，由于图像具体像素点的灰度值变换在0到255之间，而此混沌系统产生的数列值在0到1之间，所以需要将所得的每一个数列值扩大1000倍然后对256取模。

附图说明

图1是原始图像A的像素值和转化成二进制后的数值；

图2是列移位后的图像B和混沌序列C；

图3是异或后的图像D；

图4是行移位后的图像E；

图5是异或的结果和转化成十进制后的图像F。

具体实施方式

为了更直观的说明本发明的具体实施，图像以4×4为例，基于移位变换的图像加密算法包括以下过程：

(1)将大小为4×4的灰度图像A的每个像素点的值转换成二进制，图1(a)为原始图像的像素值，图1(b)为原始图像的像素值转化成二进制后的数值；

(2)图1(b)进行按列移位，即将第1列按位左循环1位，将第2列按位左循环2位，以此类推，将第7列按位左循环7位，从第8列开始，再依次左循环1位，第9列按位左循环2位，得到图像B，图2(a)为列移位后的图像B；

(3)将通过Logistic混沌序列生成的大小为4×4的矩阵，记为C，将C的值转换成二进制，图2(b)为混沌序列C；

(4)将循环移位后的图像B和混沌序列进行按位异或处理，得到图像D，图3为异或后的图像D；