[发明专利]一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法

权利要求书

1.一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤S10、获取彩色图像文件，对所述彩色图像文件进行哈希计算得到哈希值作为系统密钥，基于所述哈希值计算系统参数P；

步骤S20、基于所述哈希值生成四维超混沌映射的四个初始值，基于各所述初始值得到四组混沌伪随机序列；

步骤S30、基于所述混沌伪随机序列以及系统参数P提取长度为256的序列W_z，并利用所述序列W_z以及使用AES算法的S盒生成混沌S盒；

步骤S40、对所述彩色图像文件进行Arnold置乱得到置乱图像I_s，利用所述混沌S盒对置乱图像I_s进行字节代换得到代换图像I_su；

步骤S50、利用所述混沌伪随机序列以及系统参数P，对所述代换图像I_su中RGB的三个分量进行图像扩散加密得到三个密文数据，基于各所述密文数据得到加密图像I_enc；

所述步骤S10具体为：

获取大小为m×n的RGB格式的彩色明文图像文件，利用哈希函数SHA-256对所述彩色明文图像文件进行哈希计算得到256位的哈希值，将所述哈希值进行32等分并存储为矩阵K，对所述矩阵K求和得到系统参数P：

P＝sum(K(1:32))；

所述步骤S20具体包括：

步骤S21、将所述哈希值均分为8个子哈希值K(1:4)、K(5:8)、K(9:12)、K(13:16)、K(17:20)、K(21:24)、K(25:28)以及K(29:32)；

步骤S22、基于各所述子哈希值计算得到四维超混沌映射的四个初始值x₀、y₀、z₀、w₀：

x₀＝sum(K(1:4)/mean(K(5:8)))/4；

y₀＝(sum(K(9:12))-max(K(13:16)))/4/256；

z₀＝max(bitxor(K(17:20),K(21:24)))/256；

w₀＝mean(bitxor(K(25:28),K(29:32)))/256；

步骤S23、将各所述初始值代入四维超混沌映射进行迭代m×n+10000次，得到四组混沌伪随机序列X＝{x_n}、Y＝{y_n}、Z＝{z_n}、W＝{w_n}；

所述步骤S50具体包括：

步骤S51、将所述混沌伪随机序列X＝{x_n}、Y＝{y_n}、Z＝{z_n}分别舍弃前P个迭代数据后，分别取m×n个迭代数据组成序列x_z、y_z、z_z；

步骤S52、将所述序列x_z、y_z、z_z依次向左移8位并其取小数部分值，得到序列x_zb、y_zb、z_zb：

x_zb＝10⁸×x_z-round(10⁸×x_z)；

y_zb＝10⁸×y_z-round(10⁸×y_z)；

z_zb＝10⁸×z_z-round(10⁸×z_z)；

步骤S53、将所述序列x_zb、y_zb、z_zb左移5位对256取模计算，得到用于加密的序列encrypt_x、encrypt_y、encrypt_z：

encrypt_x＝uint8(mod(floor(10⁵×abs(x_zb)),256))；

encrypt_y＝uint8(mod(floor(10⁵×abs(y_zb)),256))；

encrypt_z＝uint8(mod(floor(10⁵×abs(z_zb)),256))；

步骤S54、利用所述序列encrypt_x、encrypt_y、encrypt_z分别对代换图像I_su中RGB的三个分量进行加密，得到密文数据enc_r、enc_g、enc_b：

其中I_sur、I_sug、I_sub分别表示代换图像I_su中RGB的三个颜色分量；

步骤S55、合并所述密文数据enc_r、enc_g、enc_b得到加密图像I_enc。