[发明专利]基于Lorenz系统最优序列和K-L变换的图像加密方法

说明书

本发明公开一种基于Lorenz系统最优序列和K‑L变换的图像加密方法，选择了Lorenz混沌系统作为密钥发生器。同时又引入了K‑L变换方法，有效地改善了加密结果在相邻像素相关性测试中的表现，同时此种方法在后续硬件实现中也比较容易实现，最终得到了本文提出的基于Lorenz系统最优序列和K‑L变换的图像加密算法，在算法安全性与算法速度二者间达到了很好的平衡。本发明的加密算法简单并且易于实现，解决了图像置换算法速度较慢的问题，同时又避免了图像置乱算法的安全性不足的问题，在算法安全性和算法速度二者间达到了很好的平衡；进一步提高了图像像素相关性的指标，使最终获得的图像加密算法安全性进一步提高。

技术领域

本发明涉及一种基于Lorenz系统最优序列和K-L变换的图像加密方法。

背景技术

在现代的科技生活中，网络信息传播速度越来越快，数字图像由于其易复制和传播的特点，广泛的作为信息的载体来达到信息的传递，但是在传递图像过程中所携带的信息的安全性则更加值得关注，所以数字图像加密算法应运而生，数字图像加密的意义在于，使信息截获者不能识别图像中所传递的信息，通过数字图像加密算法，使数字图像从视觉上达到无法辨认的效果。数字图像虽然也是信息中的一种，但是其不同于数据信息，首先图像数据量一般较大，而且像素之间相关性较强，以及图像数据具有二维分布等特点，这使得图像加密算法的选择上会与数据加密不同，这些年学者们提出了很多对于数字图像的加密算法，这些算法的基本思想基本可以分为两类，那就是图像像素的置乱以及图像像素的置换。

图像置乱是一种在早期的图像加密算法中使用较多的加密算法，其加密原理就是将图像看成是一个二维矩阵，通过置乱算法改变图像像素的位置，使其杂乱无章已到达视觉上无法辨认原图的加密效果，典型的方法有Arnold变换算法、幻方变换算法、以及一些其他置乱算法等等，这些方法是一种比较容易实现的图像加密算法，对于数据量较大的图像来说，在运算速度上有明显的优势，同时加密结果无冗余度。

单纯的使用图像像素置乱来加密图像的缺点也比较突出，由于其只是改变了图像的像素位置，并没有改变图像像素值，所以加密结果并没有改变图像的统计特性，加密后的图像直方图与原始图像相同，其加密结果虽然达到了视觉上的无法辨认，但是不能抵抗统计攻击，加密效果不是很好，相对来说安全性不高。

由于图像置乱加密有着诸多缺点，根据图像特点研究者提出了新的图像加密算法，即图像的置换算法。之前提到的图像置乱算法中是在空间域上对图像进行的加密运算，而图像像素置换加密算法是通过改变图像像素的值来达到加密的效果，置换算法是将图像转换成可运算的值，在用其他算法产生的加密数据与图像数据运算以达到图像数据的根本改变，普遍的加密算法包括序列图像加密以及分组图像加密。

图像置换算法在速度上没有图像置乱操作的速度快，尤其当图像置换法采用分组加密方式时，在图像加密速度上有明显缺陷。分组加密方式是将图像数据以固定的分组长度，进行分组迭代加密运算，经过多次分组最终达到整幅图像的加密结果，如典型的AES和DES算法。

发明内容

针对图像置乱算法与图像置换算法的缺点，提出一种基于Lorenz系统最优序列和K-L变换的图像加密方法，在算法安全性与算法速度二者间达到了很好的平衡。

本发明所采用的技术如下：一种基于Lorenz系统最优序列和K-L变换的图像加密方法，步骤如下：

(一)Lorenz系统最优序列的产生

选取欧拉法对Lorenz混沌系统进行离散化并获得实值序列，然后进行量化，步骤如下：

(1)将实值序列值去掉负号，即都取正值；

(2)将实值序列值的小数点向后移动5位；

(3)将所有实值序列值去掉小数部分，即取整；