[发明专利]一种高效的批量彩色图像加/解密方法

说明书

本发明公开了一种高效的批量彩色图像加/解密方法，首先利用堆叠算法将多个彩色明文图像进行堆叠，生成堆叠图像；利用Hash函数SHA‑256生成初始密钥，初始密钥用于选择DNA编码规则并作为分段线性混沌映射PWLCM的初始参数和控制参数，然后对堆叠图像和分段线性混沌映射PWLCM得到的混沌序列进行DNA编码，得到两个编码后的DNA阵列；对堆叠图像进行加密处理，最终得到密文图像；最后对密文图像进行解密：先对密文图像进行解密得到堆叠图像；然后对堆叠图像进行分离恢复明文图像。本发明具有较强的鲁棒性，能够抵抗噪声污染、JPEG压缩、图像块丢失等各种攻击，即使在恶劣的环境下也很鲁棒。

技术领域

本发明属于多媒体信息安全技术领域，具体涉及一种高效的批量彩色图像加/解密方法。

背景技术

随着信息时代的到来，信息安全问题已经影响到社会生活的各个层面，成为全球国际事务的重要话题。“网络空间安全”已经成为国家安全的战略高地。数字图像作为非结构化信息的主要载体，在互联网上传输、存储和使用，给人们带来了极大的便利，同时也不可避免地遭到非法获取、篡改、复制和传播等。如何保护图像数据的安全性已经成为一个亟待解决的问题。作为保护图像内容隐私性和真实性的有效技术，图像加密技术引起了学术界和工业界的广泛关注，已经成为近年来信息安全领域的热门研究课题。

图像加密技术是一种防止图像内容被未授权访问的技术，是通过技术手段将图像内容进行加密和隐藏，使其失去视觉意义，并能够无损还原原始内容。现存的图像加密技术一般都是一次加/解密操作完成一张图像内容的加/解密，这在一般的应用中都是可以接受的。然而，随着信息技术的发展，一些应用如物联网环境，要求大批量的图像信息在内存受限的物联网设备上实现可靠传输，这种情况下，已知的图像加密技术不够轻量级，由于只能一次运算完成一张图像的加密,因而无法在内存受限的物联网设备上在短时间内实现批量图像的加/解密处理。所以，一次一张的图像加密方式无法满足类似物联网这种实时传输要求高的应用环境，这就需要设计专门的图像加密算法实现批量图像的同时加/解密。

图像加密技术自提出以来受到了广泛的关注。近年来，许多学者致力于这一领域的研究，提出了许多图像加密算法。图像加密系统的关键因素之一是加密密钥的生成。考虑到混沌系统具有对初值高度敏感、遍历性和伪随机性等优良特性，非常适合用于生成图像加密密钥[1]，因此，近年来许多学者致力于研究基于混沌系统的图像加密方法。在早期阶段，主要利用一维或二维混沌系统[2,3,4,5]生成图像加密密钥。随着需求的增加，低维混沌系统造成的密钥空间短、安全性弱的缺陷被无限放大。为了提高图像加密方案的安全性，近年来采用了高维(等于或大于3维)混沌系统对图像进行加密[6,7]。基于高维混沌系统的图像加密算法提高了算法的安全性，但由于高维混沌系统的结构复杂和参数众多，增加了计算机软硬件成本和计算复杂度。另一种常用的方法是基于DNA编码的图像加密方法[8,9,10]。DNA编码原理是先将图像中所有的像素值转换为八位二进制数，然后用腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四种核酸碱基来表示256个灰度级。

在实际应用中，为了提高加密效率，需要通过一次计算实现对多幅图像的加密。2018年，文献[11]首次提出了一种基于DNA编码的多图像加密算法。这种算法的主要思想是将多个图像排列成一个大的图像，然后使用某种常规图像加密算法对这幅大图进行加密。使用这种方法，虽然可以通过一次加密计算实现多个图像的加密，但是计算成本几乎与加密多个图像相同。此外，由于需要对加密图像进行排列，该方法要求加密图像的大小一致，如果加密的多个图像大小不一致，该方法将会失效。

参考文献

[1]Matthews,R.ON THE DERIVATION OF A“CHAOTIC”ENCRYPTIONALGORITHM.Cryptologia,1989,13(1):29-42.