[发明专利]一种基于分块置乱与状态转换的图像加密方法

权利要求书

1.一种基于分块置乱与状态转换的图像加密方法，其特征在于，其步骤为：

步骤一：输入大小为M×N的原始的图像矩阵P，利用密钥生成系统的SHA-384摘要算法对图像矩阵P进行处理生成初始迭代参数x₀、y₀、z₀和u₀，将初始迭代参数x₀、y₀、z₀和u₀输入四翼4D混沌系统进行迭代生成四个混沌序列，分别记为混沌序列XY、混沌序列D、混沌序列U和混沌序列W；

步骤二：对混沌序列XY进行截取分别得到长度为M/2的混沌序列X和长度为N/2的混沌序列Y，对混沌序列X和混沌序列Y进行降序排列，利用其位置索引值分别作为行置乱向量IX和列置乱向量IY生成置乱矩阵S；使用Zigzag扫描曲线对置乱矩阵S进行再次置乱，得到置乱矩阵W；利用置乱矩阵W对图像矩阵P进行置乱，得到像素置乱矩阵P′；

步骤三：将像素置乱矩阵P′进行DNA编码得到DNA编码序列SQ，对混沌序列D进行处理得到序列D′；将DNA编码序列SQ与序列D′中的对应元素依次输入确定有限状态自动机进行状态转换，得到状态转换序列SQ′；对序列SQ′进行DNA解码并转换成十进制，得到状态转换序列E；

将DNA编码序列SQ与序列D′中的对应元素依次输入确定有限状态自动机进行状态转换，得到状态转换序列SQ′的方法为：f(SQ(j)，D′(j))＝SQ′(j)，其中，j＝1，2，3，...，4×M×N，SQ′(j)为状态转换序列SQ′的第j个元素，D′(j)为序列D’的第j个元素，SQ(j)为DNA编码序列SQ的第j个元素；f是确定有限状态自动机的状态转移函数；

步骤四：分别截取混沌序列U和混沌序列V中前M×N个元素进行处理，得到序列U′和序列V′，对状态转换序列E进行扩散，将扩散后的序列转化为大小为M×N的密文矩阵，得到加密图像P₁。

2.根据权利要求1所述的基于分块置乱与状态转换的图像加密方法，其特征在于，所述四翼4D混沌系统为

其中，a，b，c，d，e是系统的控制参数，x、y和z是状态变量，u是非线性状态反馈控制器，和分别是x、y、z和u的倒数；控制参数a＝10，b＝2，c＝12，d＝50和e＝5时，四翼4D混沌系统处于混沌状态。

3.根据权利要求2所述的基于分块置乱与状态转换的图像加密方法，其特征在于，所述利用密钥生成系统生成初始迭代参数x₀、y₀、z₀和u₀的方法为：

利用SHA-384摘要算法将输入的图像矩阵P转变为信息长度为384比特位的密钥，将密钥等分为48个二进制序列得到k₁、k₂...k₄₈，则初始迭代参数x₀，y₀，z₀，u₀的计算方法为：

其中，为二进制序列的异或运算，Q₁、Q₂、Q₃、Q₄、Q₅和Q₆为计算的中间变量，mod(，)为取模函数；

将生成的初始迭代参数x₀、y₀、z₀和u₀输入四翼4D混沌系统迭代999+4×M×N次，舍去前999次，生成混沌序列XY、混沌序列D、混沌序列U和混沌序列W。

4.根据权利要求1或3所述的基于分块置乱与状态转换的图像加密方法，其特征在于，利用置乱矩阵W对图像矩阵P进行置乱的方法为：利用2D-DWT变换将大小为M×N的图像矩阵P分为低频部分LL1、水平细节HL1、垂直细节LH1和对角细节HH1的四个频带；利用置乱矩阵W对低频部分LL1、水平细节HL1、垂直细节LH1和对角细节HH1分别进行位置置乱，将位置置乱后的四个频带进行2D-IDWT变换；使用Zigzag扫描曲线对IDWT变换后的图像进行置乱，得到置乱的图像矩阵P′。