[发明专利]一种基于拼图策略和混沌系统的彩色图像加密方法

说明书

本发明属于图像处理领域，涉及一种基于拼图策略和混沌系统的彩色图像加密方法。为了解决现有技术中算法加密后的图像抗攻击能力不足的问题，提出了一种基于拼图策略和混沌系统的彩色图像加密方法。首先，使用混沌系统或非线性方程产生算法中所用的密钥序列，其初值是根据散列算法获取的；其次，根据所设置的拼图模式使用密钥序列打乱图像像素的位置，由此获得置乱图像；最后，对置乱图像进行扩散，最终得到密文图像。本发明中，所有的参数均是由耦合映射格子所产生的，而其初始值部分是由信息摘要算法第5版提供的，并且为了达到更高的安全性和复杂性，发明中启用了原始图像的像素值的和，实验结果表明本算法能够抵抗常见的攻击并具有良好的安全性。

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及一种基于拼图策略和混沌系统的彩色图像加密方法。

背景技术

随着大数据时代的到来和信息通讯的便利，人们越发关注其隐私保护，因此数据加密也变得尤为重要，又因为图像能够携带大量的信息，更能生动形象的表达人们的意愿，所以对图像数据的保护在很多应用中更加受到关注。

而图像由于其某些先天特征，像素间的高度相关、大量的数据冗余和特殊编码等使得对其进行加密不同于传统的数据加密，像AES,3DES等经典方法已不能满足图像加密的需求，这也就是为什么替换为更为加密模式的原因。研究者探索并使用新兴的、更为复杂的系统来获取安全的密钥或密钥流，混沌系统就是其中之一。该系统所产生的序列由于其初值敏感性、伪随机性、遍历性、长期不可预测性等性质，十分契合密码算法对伪随机序列的特殊需求，因而被用于图像加密中。

R Guesmi等提出了一种基于混沌和交叉算子的彩色图像加密算法(R Guesmi，MABFarah，A Kachouri，M Samet.Hash key-based image encryption using crossoveroperator and chaos.Multimedia Tools and Applications,2016,75(8):1-17)，对其安全性分析可以发现其像素间的相关性抺灭的不够强烈，信息熵也显示出其混沌程度不够，所以抗攻击性不强。Wei等提出了一种基于DNA序列操作和超混沌系统的彩色图像加密算法(X Wei,L Guo,Q Zhang et al.A novel color image encryption algorithm based onDNA sequence operation and hyper-chaotic system.Journal of Systems andSoftware,2012,85(2):290-299),同样从安全性分析可以看出其抗攻击力度不够。

本发明借鉴八数码游戏思想，如图1中的例子所示，它包括一个3×3的棋盘，棋盘上摆放着8个写有数字的棋子，留下一个空位。与空位相邻的棋子可以滑动到空位中，游戏的目的是要达到一个特定的目标状态，如图1右侧所示。其详细介绍如下：

状态：描述指定了8个棋子中的每一个以及空位在棋盘的9个方格的分布。

初始状态：任何状态都可以被指定为初始态，例如图1(a)。

后续函数：用来产生通过四个行动(把空位向左,右,上或下移动)能够达到的合法状态。

目标测试：用来检测状态是否能够匹配图1(b)中所示的目标布局(其它目标布局也是可能的)。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中算法加密后的图像抗攻击能力不足的问题，提出了一种基于拼图策略和混沌系统的彩色图像加密方法。首先，使用混沌系统产生算法中所用的密钥序列，其初值是根据散列算法获取的；其次，根据所设置的拼图模式使用密钥序列打乱图像像素的位置，由此获得置乱图像；最后，对置乱图像进行扩散，最终得到密文图像。

本发明的具体技术方案为：

一种基于拼图策略和混沌系统的彩色图像加密方法，包括以下步骤：