[发明专利]一种基于H几何分形和Hilbert曲线的图像加密方法

说明书

本发明提出了一种基于H几何分形和Hilbert曲线的图像加密方法，其步骤为：使用SHA‑3算法计算原始灰度图像的哈希值作为混沌系统的初值，采用混沌系统生成的序列对图像像素进行按位比特异或扩散；交替使用二阶H分形进行扩散操作和二维Hilbert扫描曲线置乱操作，得到加密图像。本发明采用Hilbert曲线扫描置乱和H几何分形扩散，结合混沌系统、DNA编码、Hilbert扫描曲线和H分形实现两轮像素位置的置乱和像素值的扩散；实验结果及安全性分析表明，本发明不仅有足够大的密钥空间抵抗穷举攻击，而且能够抵抗统计攻击、差分攻击、数据丢失攻击和噪声攻击，广泛适用于图像信息的安全传输。

技术领域

本发明涉及图像加密的技术领域，尤其涉及一种基于H几何分形和Hilbert曲线的图像加密方法。

背景技术

随着互联网技术和多媒体技术的迅猛发展，如图像、视频、音频等信息的安全传输问题越来越受到人们的关注。传统的加密算法如RSA和DES等，由于加密速度和密钥空间以及相邻像素相关性高、数据量大、冗余度高等原因，存在一定的不足，因此探索新的加密方法势在必行。混沌系统作为一种复杂的非线性动力学系统，具有对初始参数和初始值极度敏感性、伪随机性等特点，这与密码学的特性相吻合，因此被广泛应用于图像信息的加密。2004年，Chen等人提出了基于三维猫映射的对称图像加密方案。该方案使用三维猫映射来置乱图像像素的位置和像素值，然后使用另外一个混沌系统来混淆明文图像和密文图像的关系，从而显著地提高了算法抵抗统计攻击和差分攻击的能力。2005年，Guan等人提出了基于混沌系统的图像加密算法，该算法首先使用Arnold猫混沌映射在空间域上置乱图像的像素位置，然后使用Chen混沌产生对离散混沌信号进行预处理用于下一步的灰度图像加密。2007年，Sun等人提出了高维混沌系统的图像加密算法，该算法首先采用猫混沌映射置乱图像的像素位置，然后使用高维的Lorenz混沌系统进一步置乱明文图像和密文图像的关系。2011年，Awad提出一个新的基于混沌系统的密码系统用于图像的安全传输，该系统首先使用一个二维的混沌系统置乱图像的像素位置，然后使用分段线性混沌映射进行多轮的置换和扩散。实验结果及安全性分析表明，该系统可以进行安全有效的实时图像加密。