[发明专利]基于Liu混沌系统的图像加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Liu混沌系统的图像加密新方法，属于信息安全领域，特别涉及图像加密领域，主要利用Liu混沌系统产生的混沌序列对图像进行加密。

背景技术

随着多媒体技术的不断发展，数字图像克服了以往因数据量大而带来的存储及传输问题，它正在成为一种主流的信息表达方式。可不断发生的黑客事件以及网上盗版，严重制约着互联网应用的进一步发展。因而图像数据的保护越来越受到社会的普遍重视。

混沌系统以其随机性及对初值的敏感性越来越多地被应用于图像加密中，现阶段，主要的加密方法有对图像像素值置乱和对像素位置置乱或二者结合三种方法，而由于选择性明文攻击、差分攻击、分割攻击等攻击方法的出现，加密的关键问题也正由原来的单一追求大密钥空间逐渐转向算法对密钥和明文都具有高度敏感性，而把图像信息与混沌序列相结合在一起来对图像进行加密，就能很好地抵抗明文攻击。

发明内容

针对上述问题，本发明的提出一种基于Liu混沌系统的图像加密方法，是一种使用Liu混沌系统的对数字图像加密方法，本算法密钥和明文都极具敏感性，密钥空间足够大，能够很好的抵抗明文攻击。

本发明为了达到上述目的，本发明可以使用以下技术方案：

本发明提供了一种基于Liu混沌系统的图像加密方法，其特征在于具有如下步骤：（1）选取一副规格为m×n的灰度图像作为原始图像，并获得第一图像像素值矩阵，将第一图像像素值矩阵中的每个值进行按位异或运算，得到第一数值；（2）选取初始值作为Liu混沌系统的加密密钥，并将其代入Liu混沌系统方程中迭代复数次得到三组加密混沌序列；（3）对三组加密混沌序列进行处理操作后，从第一加密混沌序列中由第100×c个元素开始，依次取m个元素，组成第一序列，从第二加密混沌序列中由第300×c个元素开始，依次取n个元素，组成第二序列，并将第一序列及第二序列顺次排序生成一行m列的第一矩阵、n行一列的第二矩阵，再生成一个m×m的第一零矩阵和一个n×n的第二零矩阵；（4）将第一矩阵以及第二矩阵按由小到大的顺序排列，从而获得排列矩阵，并根据排列矩阵将第一零矩阵和第二零矩阵转换成第一置乱矩阵以及第二置乱矩阵，并利用第一置乱矩阵以及第二置乱矩阵对第一图像信息矩阵作置乱操作，即得到置乱后的第二图像信息矩阵；（5）从第三加密混沌序列中由第600×c个元素开始，依次取m×n个元素，组成第三序列；（6）将第三序列的元素依次读取生成m×n的加密矩阵，并与第二图像信息矩阵中的元素进行逐位异或操作，获得第三图像信息矩阵，并将第三图像信息矩阵中的每个值进行按位异或运算，得到第二数值，并将第二数值重新赋予第一数值；（7）重复步骤（3）‐（6），即对图像进行多次置乱和异或操作，并最终获得加密的第四图像信息矩阵；（8）将加密的第四图像信息矩阵按照图像标准格式保存，得到最终的加密图像。

进一步，本发明所涉及的一种基于Liu混沌系统的图像加密方法，还具有相应的解密步骤，具体步骤如下：（9）选取加密过程中最后一次循环中使用的第一数值来确定混沌序列的起始位置，并将获得的混沌序列矩阵依次与加密的第四图像信息矩阵进行逐位异或操作，即获得第三图像信息矩阵；（10）对第一置乱矩阵以及第二置乱矩阵取第一逆矩阵及第二逆矩阵，并利用第一逆矩阵及第二逆矩阵对第三图像信息矩阵做反置乱操作，即得到第二图像信息矩阵，并将第二图像信息矩阵中的每个值进行按位异或运算，得到的第二数值；（11）重复与加密过程中相同次数的步骤（9）‐（10），即获得最终解密图像。

进一步，步骤（2）中的采用的Liu混沌系统方程正弦映射，见公式（a），