[发明专利]基于二维指数-余弦混沌系统的图像加密方法

说明书

本发明公开了一种基于二维指数‑余弦混沌系统的图像加密方法，涉及信息安全技术领域，包括构建2D‑Ecs混沌系统和利用2D‑ECs混沌系统对图像信息进行混沌加密操作；利用2D‑Ecs混沌系统对图像信息进行混沌加密操作的方法如下：1)首先对图像数据进行RGB多通道提取；2)将抽取出的单通道图像数据利用利用2D‑ECs混沌系统进行混沌加密；3)之后再将加密后的单通道图像数据重写回图像当中，进而完成对图像数据的加密。本发明设计的图像加密方法，具有密钥空间大，加密效果好，抗干扰能力强等特点。仿真实验表明，该算法可以有效的抵御穷举式以及差分式攻击。

技术领域

本发明涉及信息安全技术领域，具体涉及基于二维指数-余弦混沌系统的图像加密方法。

背景技术

目前随着全球进入后疫情时代，出于疫情防护的需要，同时伴随5G时代的到来，越来越多的人际间交流迁移到了线上进行。出于对个人隐私以及信息安全的保护，对于图像加密的需求越来越大。

但是目前的图像加密算法普遍存在着加密过程复杂，耗时较长等缺点。对一些要求能够进行实时加密传输的领域，现有加密算法并不能满足其要求。而随着Matthews等人将混沌系统应用于信息加密领域当中后，混沌加密算法便引起了研究人员的注意。到目前为止，已有多种一维混沌系统被应用于了信息加密领域。上述一维混沌系统多数具有迭代速度快、实现方法简单等特点。但是由于一维混沌系统的系统控制参数较少，相空间轨道分布较为单一，因此极易受到相空间重构等方法的攻击，从而导致密文被恶意破解。研究者为了克服一维混沌系统的缺点，提出了一系列的改进方案，例如：有研究者将一维混沌系统的多个控制参数间进行耦合操作，从而使得整个系统的混沌性质变得更加复杂。也有研究者将多个一维混沌映射整合为一个系统，整个加密过程中在不同混沌系统间进行切换或级联操作。通过上述方法，可以使得一维混沌系统具有更好的迭代效率和不可预测性。与此同时，也有研究者尝试通过构建复数域上的一维混沌系统来对信息进行加密，以期获得更好的混沌特性与加密效果。尽管目前通过上述改进手段提高了一维混沌系统的信息加密强度，但是，受限于一维混沌系统自身的结构与参数特点，其信息加密强度仍然有待提高。

发明内容

发明目的：本发明目的在于针对现有技术图像加密算法普遍存在着加密过程复杂，耗时较长等缺点及一维混沌系统进行图片加密强度低的问题，构建一个新的二维指数-余弦混沌系统，通过向一维Cosine混沌映射系统中引入非线性指数项和高次幂项来对一维混沌系统进行维度提升，被引入的非线性指数项和高次幂项作为混沌扰动源来对cosine混沌映射的迭代过程进行扰动。通过对该系统的混沌特性进行研究，发现该系统具有混沌特性，相空间轨道分布结构复杂的特点，并在该系统的基础上，提出了一种基于二维指数-余弦混沌系统的图像加密方法。

技术方案：一种基于二维指数-余弦混沌系统的图像加密方法，包括构建2D-Ecs混沌系统和利用2D-ECs混沌系统对图像信息进行混沌加密操作；

所述2D-ECs混沌系统的迭代公式，如下述公式(1)所示：

其中，控制参数a,b,c满足a∈[0.2,0.4],b∈[0,1.75],c∈[0.65,0.85]，初始值x₀,y₀满足x₀∈[0,1]，y₀∈[0,2]；

利用2D-Ecs混沌系统对图像信息进行混沌加密操作的方法如下：

1)首先对原始图像数据进行RGB多通道提取；

2)将抽取出的单通道图像数据利用2D-ECs混沌系统进行混沌加密；

3)之后再将加密后的单通道图像数据重写回图像当中，进而完成对图像数据的加密。

进一步的，在对抽取出的单通道图像数据进行混沌加密时，采用“置乱-扩散-置乱”的加密方法，所述混沌加密的步骤包括第一轮置乱加密、扩散加密和第二轮置乱加密。