[发明专利]一种动态混沌与矩阵卷积运算的彩色图像加密方法

说明书

本发明公开了一种动态混沌与矩阵卷积运算的彩色图像加密方法，所述方法将云模型与广义Fibonacci相结合提出新的复合混沌系统，实现混沌序列的动态随机变化，利用混沌序列对彩色图像R、G、B分量的拼接图像进行像素点坐标的置乱变换；然后将混沌序列值作为矩阵卷积运算的输入值与像素值进行交替更新的矩阵卷积云方，实现原始像素值的置换变换；最后再将置换后的像素值与云模型Fibonacci混沌序列及前(后)相邻像素点的像素值进行正反双方向两次异或操作，实现任意像素值的变化引起整体像素点像素值的连锁扩散变换，依次生成加密图像。本发明具有加密安全性高、抗干扰性高、鲁棒性强等特点。

技术领域

本发明涉及一种彩色图像加密方法，具体涉及一种基于云模型的Fibonacci混沌系统与矩阵卷积运算的彩色图像加密方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，图像、视频、音频等多媒体数据的安全引起了人们的广泛关注。对图像信息进行安全、高效的加密是多媒体研究的重点，而基于混沌系统设计新型的密码方法则成为当下图像加密的有效方法。

利用混沌序列对明文图像置乱，来改变像素点位置，同时对像素点的像素值进行改变，将无法识别出原始图像信息，最后对像素点进行扩散处理，将明文像素点的信息隐藏在更多的密文像素点中，分步骤进行图像信息处理才能提高加密安全性。谢涛等人设计了一种扩散-联合置乱-联合扩散的加密方法，提出利用耦合Logistic映射产生随机密钥流，但混沌系统过于简单难抵抗穷举攻击，并且扩散过程繁琐。王永等人为提升混沌系统复杂性，将分段Logistic映射加入到时空混沌中作为像素置乱的依据，同时利用分量相互置乱的方法进行像素点的置乱，虽然混沌系统复杂难被破解，但是置乱扩散后的像素存在相关性大的问题。Zhijun L提出了基于tent和改进Logistic等映射构造的四进制复合混沌系统，然后利用混沌序列对RGB分量联合置乱的彩色图像加密方法，虽然复合混沌能抵抗穷举攻击，置乱扩散操作能减少像素的相关性，但是四个混沌组合的混沌系统过于复杂化，时间复杂度增高，影响加密效率。Feng X等人提出了混合混沌系统的并行多通道彩色图像加密方法，利用三种混沌分别对三个分量进行加密，尽管形式简单、效率快，但是置乱扩散方法传统，密文相关性大，密文图像易被破解。马凌等人为了降低方法的复杂度，将Logistic、Tent与Sine映射结合构建复合混沌系统，通过人工神经网络处理混沌序列，利用神经网络序列进行明文置乱，通过构造量化方法与分段异扩散技术，对置乱图像实现分类加密，将复合混沌与新的方法结合，提高了加密安全性。

发明内容

本发明针对彩色图像加密过程中出现的强相关性和高冗余问题，提供了一种动态混沌与矩阵卷积运算的彩色图像加密方法。该方法将广义三阶Fibonacci和云模型结合，提高了混沌系统的复杂性，产生动态混沌系列，将混沌序列应用到图像加密的置乱、置换等步骤中，提高了密文安全性；加密方法在二维空间对彩色图像进行加密，降低了方法的计方强度和空间需求，通过卷积运算对像素值进行替换，降低了RGB相关性，提高了明文与密文关系复杂度，正反双方向两次异或操作保证了扩散的全面性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种动态混沌与矩阵卷积运算的彩色图像加密方法，包括如下步骤：

步骤一、将云模型与广义Fibonacci相结合，构建云模型Fibonacci混沌系统模型，进而产生新的非相关混沌序列，所述云模型Fibonacci混沌系统模型如下：

X_n+1＝A_FQL＝(F(Q(γ,β)))+L(x₀,μ)mod1    (1)；

其中，Q(γ,β)表示量子混沌系统；F(Q(γ,β))表示将云滴代入到广义三阶Fibonacci函数模型的序列F_j；L(x₀,μ)表示初始状态为x₀以及参数为r的Logistic混沌系统；