[发明专利]一种基于忆阻超混沌系统的彩色图像加密方法

说明书

本发明涉及一种基于忆阻超混沌系统的彩色图像加密方法。本发明在对每行或者列的扩散过程中，先与前一行或者列进行异或操作，这使得加密的每一步骤中都结合了明文信息，将每个明文字节的影响扩散到了更多的密文字节中，加深了明文字密文字节之间的影响。另外，对每个单元，即每行或者每列的置乱和扩散操作是交替进行的，某单元置乱操作完成后立即进行该单元的扩散操作，进一步地增加了算法的复杂性，同时也提升了安全性。

技术领域

本发明涉及一种彩色图像加密方法，具体涉及一种基于忆阻超混沌系统的彩色图像加密方法，适用于信息安全技术和计算机数字图像处理领域。

背景技术

近年来，随着互联网的发展，社会信息化程度越来越高，人们需要通过网络传输、存储各类信息，其中包括需要保密的个人私密信息和各种机密信息，因此网络信息的安全性已成为当务之急，需要被高度重视。

混沌系统由于其对参数和初值具有极高的敏感性，同时迭代过程具有单向性，动力学行为及其复杂，难以重构和预测，因此被广泛应用于密码学中。忆阻超混沌系统是忆阻器和超混沌系统的结合，相对于普通混沌系统而言，有更多的变量和参数，更加复杂的动力学行为，可以设计具有更高随机性，更强抗攻击能力的加密算法。

自美国学者FridriCh提出了基于置乱-扩散操作的经典图像加密模式以来，一系列的基于此模式的混沌加密算法被提出，但还是面临着一些问题，如：低维系统的加密算法安全性不高，加密算法与明文信息之间的结合不够紧密，抗攻击能力差等。因此，设计一种高效并且高安全性的混沌加密方法对图像进行加密对当今的研究具有重要意义。

发明内容

针对现有研究中的不足，本发明提出一种基于忆阻超混沌系统的彩色图像加密方法，使得加密性能具有更高的安全性，能有效抵御统计攻击和差分攻击等破解手段。

本发明所使用的技术方案如下：

本发明包括以下步骤：

S1：构造忆阻超混沌系统，并对系统进行离散化。

S2：读取彩色图像信息，将待加密的彩色图像转换成三基色分量矩阵，并按照RGB通道进行分组，得到三个M*N的二维矩阵。

S3：使用Hash函数中的SHA-512算法对图像数据进行处理，得到图像的512位hash值，并与离散忆阻超混沌系统的四个初始值相结合，得到x₀，y₀，z₀，w₀进行迭代，产生超混沌序列。

S4：对超混沌序列进行预处理，包括对序列幅值放大、取整、对256取模运算，使得序列与图像数据相匹配，得到密钥序列。

S5：使用密钥序列对RGB三个通道的行和列进行加密操作，其中三个通道的操作是类似的，行操作与列操作是类似的。

以R通道行操作为例具体为：

(1)首先，得到密钥序列。在预处理后的混沌序列中，从前向后取出与R通道每行的数据规模相等的密钥序列，每组密钥序列长度与图像矩阵列数N相同，密钥序列组数与图像矩阵行数M相同。

(2)其次，设计置乱操作。将图像矩阵每行取出进行循环移位，这里采用的是循环右移，循环右移的位数由所对应的每组密钥序列的第一个数据决定。

(3)再次，设计扩散操作。通过上述循环移位(置乱操作)后，若是图像矩阵第一行，则直接与密钥序列异或，若是图像矩阵其他行，则先与前一行进行异或，再与密钥序列进行异或，最后完成扩散操作。

值得指出的是，图像矩阵的每行置乱操作完成后随即进行该行的扩散操作，而不是类似传统加密方式所有的行列置乱完成后进行行列扩散。

本发明的有益效果是：