[发明专利]一种基于超混沌系统投影同步的图像加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息技术安全领域，具体涉及基于超混沌系统投影同步的图像加密方法。

背景技术

网络通信技术、云计算及大数据的快速发展，对图像加密技术不断产生新的挑战。密码学特性与混沌系统特性之间的天然联系，使得基于混沌理系统的图像加密研究最近受到极大关注，这主要包括利用混沌理论的图像密码系统和基于混沌同步的图像密码系统。相对于基于混沌理论的图像加密技术，基于混沌同步的图像加密技术研究还非常有限。目前基于混沌同步的图像加密算法研究中，具有以下特点：(1)利用混沌同步序列简单地进行图像像素值改变，而缺失对图像像素位置的混淆操作，这将无法对安全性有效保障；(2)在扩散阶段利用混沌同步序列进行图像像素值替换，并在图像混淆阶段引入Cat映射、standard映射等对图像像素位置进行置乱，混淆过程中这些映射的引入，使得加密方式繁琐，并额外增大通信开支；(3)在置乱‐扩散的图像加密框架中，绝大多数加密算法中像素值的替换和像素位置混淆本质上都是线性运算，密钥流和置乱变换始终保持不变，这将无法抵御选择明文攻击和已知明文等攻击。随着密码分析技术的日趋成熟，一些图像加密算法正逐渐被破解，提高图像加密系统的安全性势在必行。

发明内容

鉴于上述现有图像加密技术的缺陷与不足，本发明的目的在于，提出一种基于超混沌系统同步的图像加密方法，该方法包括对原始明文图像进行加密和解密的过程：

加密过程，具体包括如下步骤：

1)、明文图像量化处理：对于像素为m×n、灰度级水平为G的原始明文图像，获得它的二维像素值矩阵A,将所述原始明文图像作为当前图像；

2)、产生超混沌序列：设定超混沌驱动系统的控制参数和初始条件，迭代超混沌驱动系统，产生超混沌驱动系统的超混沌序列；

3)、图像行置乱：结合当前图像计算行置乱指标zh；结合行置乱指标zh和超混沌驱动系统的超混沌序列，对当前图像的像素值矩阵A进行行置乱；把行置乱后像素值矩阵A对应的图像作为当前图像；

4)、图像列置乱：结合当前图像计算列置乱指标zl；结合列置乱指标zl和超混沌驱动系统的超混沌序列，对当前图像的像素值矩阵A进行列置乱；把列置乱后像素值矩阵A对应的图像作为当前图像；

5)、图像扩散处理：结合当前图像计算时刻zk；结合时刻zk的取值和超混沌驱动系统的超混沌序列，产生密钥矩阵K；利用密钥矩阵K对当前图像按位进行图像扩散处理，得到扩散后的像素值矩阵A；把扩散后像素值矩阵A对应的图像作为当前图像；

6)、重复步骤3)-步骤5)R轮，将每轮得到的行置乱指标zh存入序列{zh}，将每轮得到的列置乱指标zl存入序列{zl}，将每轮得到的时刻zk存入序列{zk}，同时得到最后一轮扩散后的像素值矩阵A，将像素值矩阵A按照图像标准格式保存，得到大小为m×n的密文图像；

解密过程，具体包括如下步骤：

7)、密文图像量化处理：对于步骤6)中得到的密文图像，获得它的二维像素值矩阵C,将密文图像作为当前图像；

8)、构造与超混沌驱动系统结构相异的超混沌响应系统，使用投影同步方法对超混沌响应系统和超混沌驱动系统达到投影同步，产生超混沌响应系统的超混沌序列；

9)、获取序列{zk}，取其最后一个元素作为当前的时刻zk的取值；同时，获取序列{zl}，取其最后一个元素作为当前的列置乱指标zl的取值；获取序列{zh}，取其最后一个元素作为当前的行置乱指标zh的取值；

10)、图像逆扩散处理：结合当前的时刻zk的取值和超混沌响应系统的超混沌序列，产生密钥矩阵K；利用密钥矩阵K对当前图像按位进行图像逆扩散处理，得到逆扩散后的像素值矩阵C；把逆扩散后像素值矩阵C对应的图像作为当前图像；

11)、图像逆列置乱：结合当前的列置乱指标zl的取值和超混沌响应系统的超混沌序列，对当前图像的像素值矩阵C进行逆列置乱；把逆列置乱后的像素值矩阵C对应的图像作为当前图像；

12)、图像逆行置乱：结合当前的行置乱指标zh的取值和超混沌响应系统的超混沌序列，对当前图像的像素值矩阵C进行逆行置乱；把逆行置乱后的像素值矩阵C对应的图像作为当前图像；