[发明专利]基于拉丁方置乱的彩色图像加密方法

说明书

本发明涉及一种基于拉丁方置乱的彩色图像加密方法，首先利用彩色明文图像的R、G、B三分量计算明文密钥r₁、g₁、b₁，将由密钥计算得到的初始值和参数带入混沌系统中，产生三组混沌序列，然后利用基于明文和数字排列的混沌序列选取机制，选取用于置乱和扩散的混沌序列；接着，分别采用基于拉丁方和混沌序列的块置乱策略和依赖明文和置乱图像的扩散操作处理各分量，得到最终的密文图像。本发明的加密方法，与明文密切相关，增加抗明文攻击能力；所使用的混沌系统是一种改进的混沌系统，混沌特性好，随机性强，密钥空间大，进一步提高了安全等级；并通过仿真结果和安全分析表明，本发明加密方案可以满足图像完全加密，加密效率高，鲁棒性强。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，特别涉及一种基于拉丁方置乱的彩色图像加密方法。

背景技术

随着数字技术和网络技术的迅猛发展，越来越多的多媒体数据产生，通过网络传输和在云服务器等平台进行存储。数字图像包含大量信息，例如，一张军事油库图片不仅可以告诉我们它的尺寸和数量，而且还可以给出它的大概位置；一幅人脸照片不仅可以暴露他或她的长相，还可以给出大概的年龄和身体状况。因此，在医学图像系统、军事图像系统和视频会议中，保护图像数据的安全引起了广泛的关注，图像加密是一种可以有效保护数据安全的方法。当前，彩色图像加密算法主要存在两个问题：一是算法与明文相关性低，抗选择明文等攻击能力较差；另一个是一些算法没有考虑R，G和B分量之间的相关性，所提出的算法易被统计分析破解。因此，许多学者一直在寻找更有效的方法来保护图片，Sun等人提出的算法中加密过程和密钥均与明文无关，被刘等人利用已知明文攻击破解；张等人通过改进的Cat映射分别对彩色明文图像的三个分量加密，但被Liu等人用选择明文和已知明文攻击破解；Pak等人将彩色图像三分量合并为一个大数组进行整体置乱，但该算法与明文相关性低，容易受到攻击。因此，增加算法和明文之间的关联，有助于进一步提升算法的安全性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提出一种基于拉丁方置乱的彩色图像加密方法，将彩色明文图像分为R、G、B三分量，利用混沌序列构造拉丁方阵置乱明文各分量，接着利用混沌序列扩散R、G、B分量，并在扩散G、B分量时引入预处理操作，减少三分量之间的相关性，加密效率高、随机性强，增强抗攻击能力。

按照本发明所提供的设计方案，一种基于拉丁方置乱的彩色图像加密方法，包含如下步骤：

步骤1.将大小为M×N的明文图像I分成R、G、B三个分量，利用该三分量和外加密钥生成混沌系统参数和初始值，将混沌系统参数和初始值依次带入LLS混沌映射系统、SSS混沌映射系统和CCS混沌映射系统，得到混沌序列；根据混沌序列，获取用于置乱的序列组一和用于扩散的序列组二；

步骤2.利用序列组一构造三个拉丁方阵，分别对R、G、B三分量进行分块置乱操作，得到大小为M×N的置乱矩阵R₁、G₁、B₁；

步骤3.依次将置乱矩阵R₁、G₁、B₁转换为大小为1×MN的矩阵R₂、G₂、B₂；

步骤4.利用序列组二对矩阵R₂进行扩散操作，得到大小为1×MN的扩散矩阵R₃；基于序列组二和扩散矩阵R₃对矩阵G₂进行扩散操作，得到大小为1×MN扩散矩阵G₃；基于序列组二和扩散矩阵G₃对矩阵B₂进行扩散操作，得到大小为1×MN扩散矩阵B₃；