[发明专利]基于完全三叉树结构的多幅彩色图像加密方法

说明书

本发明涉及信息安全和光信息处理技术领域，为提出一种新的图像加密方法，该方法可以有效抵抗已知明文攻击、选择明文攻击等多种密码攻击。此外，该方法还具有较强的抗暴力攻击、统计攻击、噪声攻击和剪切攻击等的能力。本发明采取的技术方案是，基于完全三叉树结构的多幅彩色图像加密方法，在基于完全三叉树结构的加密系统中，加密模块作为完全三叉树的分支节点和根节点，彩色图像的三个颜色通道作为连接分支节点的叶子节点，不同的彩色图像对应着不同的加密路径和主密钥，且由此具有不同的解密路径。本发明主要应用于信息安全和光信息处理。

技术领域

本发明涉及信息安全和光信息处理技术领域，尤其涉及一种基于完全三叉树结构的多幅彩色图像加密方法。

背景技术

数字图像作为当前最流行的多媒体形式之一，在政治、经济、军事、教育等领域有着广泛的应用。在互联网技术高度发达的今天，如何保护数字图像免遭篡改、非法复制和传播具有重要的实际意义。对图像加密技术的研究已成为当前信息安全领域的热点之一。

由于光学信息处理技术具有高处理速度、高并行度、能快速实现卷积和相关运算等优点，近年来，利用光学方法进行数字图像加密引起了人们的极大兴趣(见文献[1])。基于光学加密领域中经典的双随机相位编码方法，诞生了一大批具有代表性的灰度图像(或二值图像)加密方法，如基于菲涅耳变换的加密方法(见文献[2])、基于分数傅里叶变换的加密方法(见文献[3])、基于Gyrator变换的加密方法(见文献[4])等。此外，由于彩色图像能够更真实的反映和描述客观世界，且相较于灰度图像或二值图像能够携带更多的信息；因此，针对彩色图像的加密引起了研究人员的极大兴趣(见文献[5])。另一方面，为了提高图像的加密效率，研究人员提出了一些双(彩色)图像或多(彩色)图像加密方法(见文献[6-9])。

然而，大多数基于双随机相位编码方法的图像加密系统是线性对称密码系统，即加密过程与解密过程所使用的密钥相同。此类线性对称密码系统易受选择明文攻击和已知明文攻击等。此外，针对彩色图像的加密方法中，大都是将彩色图像分解为R，G，B三个通道；然后每个通道单独加密，再将加密后的三个通道合成为一幅加密彩图。此类方法加密后的彩图在互联网通道中传输时，所占的空间较大，降低了传输效率。最后，现有的一些双(彩色)图像或多(彩色)图像加密方法中，针对不同图像的加解密过程通常一样，不同图像对应的密钥也通常一样；这就导致这些加密方法易受一些针对密钥的特殊攻击。此外，现有的一些多(彩色)图像加密方法中存在串扰噪声，导致解密图像的质量严重下降，使得加密系统的加密容量十分有限。

参考文献：

[1]O.Matoba,T.Nomura,E.Perez-Cabre,M.Millan,and B.Javidi,Opticaltechniques forinformation security,Proceedings of IEEE,2009,97:1128-1148

[2]G.Situ,and J.Zhang,Double random-phase encoding in the Fresneldomain,Optics Letters,2004,29:1584-1586

[3]Z.Liu,S.Li,W.Liu,Y.Wang,and S.Liu,Image encryption algorithm byusing fractional Fourier transform and pixel scrambling operation based ondouble random phase encoding,Optics and Lasers in Engineering,2013,51:8-14