[发明专利]一种基于PUD自适应分解的明文相关图像加密方法

说明书

本发明涉及一种基于PUD自适应分解的明文相关图像加密方法，将明文图像进行自适应PUD分解，对分解后的二维分量进行置乱‑扩散操作。本方法采用的加密密钥与明文相关，获得加密图像能够高效的抵抗选择明文攻击，选择密文攻击，同时对滤波噪声攻击，剪切攻击以及差分攻击方面有较强的鲁棒性，进一步提高加密图像的安全性和鲁棒性，可应用于图像安全、图像保密通信领域。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，更具体地说，涉及一种基于PUD 自适应分解的明文相关图像加密方法。

背景技术

随着计算机网络和通信技术的迅猛发展，多媒体内容如数字图像，视频序列和音频信号的使用和交换呈现出爆炸性增长的趋势。而作为视觉多媒体内容的数字图像已被广泛用于许多领域，包括医疗，商业和军事。针对这些应用，数字图像通过公共通道传输以及在云平台上存储必须保证图像的安全性，并且只能由授权机构访问。因此，数字图像的安全性问题变得越来越重要，已经成为一个亟待解决的问题。

数字图像不同于传统的文本消息，其具有数据容量大、相邻像素间相关性强、冗余度高等特性，因此，传统文本加密算法如AES、 DES等不再适用于图像加密。目前，图像加密方法可以大体上分为基于空间域和基于变换域两类加密方法。在这两类加密域中通常使用的加密操作为置乱-扩散操作。由于基于空间域的加密算法通常具有有限的密钥空间并且对于经典的统计攻击是不安全的中的排列扩，因此，基于空间域的加密算法不能满足安全性要求。为了克服这些限制，在变换域中使用基于置换扩散的图像加密技术，例如傅里叶变换(FT)，离散余弦变换(DCT)和离散小波变换(DWT)，可实现更好的安全性。然而，由于这些基于变换域的加密算法在变换图像的过程中通常使用固定的基函数(三角函数，小波函数)，因此基于变换域的图像加密算法也存在着安全性低易于被破解的风险。

为了设计安全性强的图像加密方法，基于传统的变换域(如离散 FT变换、DCT变换、DWT变换等)对图像进行加密很难进一步提高算法的安全性和可靠性。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了基于PUD自适应分解的明文相关图像加密方法，该方法对噪声攻击，剪切和差分攻击方面有较强的鲁棒性，可应用于图像加密保护、图像保密通信领域。

本发明通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于PUD自适应分解的明文相关图像加密方法，包括步骤：

步骤1)取待加密的原始明文图像，设置分解次数为N，利用伪随机数生成器生成伪随机序列；

步骤2)对原始明文图像进行PUD自适应分解：

根据PUD分解技术对原始明文图像分解，得到三部分分量，分别为一个二维分量，两个一维分量以及原始明文图像的灰度平均值；

步骤3)图像加密操作：

对原始明文图像分解后得到的二维分量，采用置乱-扩散的方式对其进行加密，采用的密钥是灰度平均值和经过随机化操作的两个一维分量，最终得到加密图像。

其中，步骤1)利用伪随机数生成器生成伪随机序列的步骤中，采用伪随机数生成器产生256比特大小的伪随机数序列。

其中，步骤1)获取待加密的原始明文图像之后，包括对所述原始明文图像进行插值化的步骤，以将所述原始明文图像转化为像素值格式为M*M的格式。

其中，在步骤2)对原始明文图像进行PUD自适应分解，得到两个一维分量后，包括步骤：

对两个一维分量F₁,G₁随机化操作，分别与所述伪随机数生成器生成的伪随机序列执行异或操作，得到新的一维分量F₂,G₂。

其中，步骤3)具体包括以下步骤：