[发明专利]一种基于三维动态整数帐篷映射的彩色图像加密方法

说明书

本发明公开了一种基于三维动态整数帐篷映射的彩色图像加密方法，以三维动态整数帐篷映射作为伪随机序列发生器，将待加密彩色图像分解成RGB三个分量；将R分量像素值重新排列得到一维像素值序列u，利用伪随机序列对序列u做扩散处理，得到中间密文像素值序列f；将序列f转换为二维矩阵M，利用伪随机序列对矩阵M进行行列置换，得到置换矩阵M1；将置换矩阵M1分解为八个位平面，利用Arnold映射进行比特级变换重组，得到加密后的R分量；进一步得到加密后的G分量和B分量，再将加密后的RGB分量组合，得到加密后的图像。该方法可快速并行生成多条伪随机序列，并利用不同序列对不同分量进行处理，实现过程简单、加密效果良好。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，尤其涉及一种基于三维动态整数帐篷映射的彩色图像加密方法。

背景技术

在密码学领域，图像加密是一个重要的研究方向，图像加密就是用一定方法对明文图像进行处理，以达到信息隐藏的目的。不同于传统的文本类明文加密，图像类明文加密有几个特殊之处：(1)图像包含的信息数量较大，对加密效果有较高的要求；(2)图像数据冗余度高，相邻像素点之间相关性强；(3)对密文图像的解密结果允许出现一定程度的失真。因此传统的加密方法不适用于图像加密，利用伪随机序列作为密钥对明文图像进行重新编码是一种重要的加密方式，加密后得到的密文图像的像素位置被打乱，从而降低了相邻像素的相关性，掩盖了明文图像中所包含的信息，可以在信道中进行安全传输。伪随机序列具有产生迅速、管理与实现简便、加密与解密速度快等优点，其生成有多种手段。在非线性科学领域中，混沌系统具有对初始状态极端敏感、运行轨迹不可控、状态变化伪随机等诸多特点，而这些特点满足了密码学对伪随机序列的特殊要求，因此可以考虑将混沌系统应用到密码学领域作为伪随机序列发生器，这衍生出混沌密码学体系。

现阶段针对混沌系统的研究主要存在以下问题：第一，数字化混沌系统会使得混沌特性严重下降，影响其动力学行为；第二，混沌系统迭代产生的伪随机序列多集中于有限集或实数域，需要对其进行整数化处理才能应用到加密过程中，在整数化处理时必然会产生截断误差，影响序列的原始特性；第三，低维混沌系统生成的序列复杂度不够，无法达到高安全性的要求；第四，高维混沌系统生成的多条伪随机序列间有很强的关联性，独立性及均匀性不足，使得其难以应用到实际加密处理当中；第五，部分混沌系统为了达到密码学的要求，需要与其他混沌系统进行组合，这使得计算过程复杂化，降低了伪随机序列的生成效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三维动态整数帐篷映射的彩色图像加密方法，该方法可快速并行生成多条伪随机序列，并利用不同序列对不同分量分别进行处理，实现过程简单、加密效果良好。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于三维动态整数帐篷映射的彩色图像加密方法，所述方法包括：

步骤1、以三维动态整数帐篷映射作为伪随机序列发生器，通过两次迭代得到X1、X2、Y1、Y2、Z1、Z2六条伪随机序列，并将待加密彩色图像分解成R、G、B三个分量；

步骤2、将R分量像素值重新排列得到一维像素值序列u，利用伪随机序列X1对该一维像素值序列u做扩散处理，得到中间密文像素值序列f；

步骤3、将所述中间密文像素值序列f转换为二维矩阵M，利用伪随机序列X2对该二维矩阵M进行行列置换，得到置换矩阵M1；

步骤4、将所述置换矩阵M1分解为八个位平面，分别利用Arnold映射进行比特级变换，再将变换后的八个位平面重组，得到加密后的R分量；

步骤5、按照步骤2-4的操作，利用伪随机序列Y1、Y2对G分量进行加密，利用伪随机序列Z1、Z2对B分量进行加密，得到加密后的G分量和B分量；

步骤6、再将加密后的R、G、B分量组合，得到加密后的彩色图像。