[发明专利]基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法

权利要求书

1.基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据大小为M×N的彩色明文图像的哈希值和预设的外部密钥计算得到洛伦兹-哈肯激光混沌系统的3个初始值；

步骤2：采用洛伦兹-哈肯激光混沌系统生成三个长度均为M×N的混沌序列O、P、Q；

步骤3：将彩色明文图像进行RGB分解，得到三个大小均为M×N的矩阵IR、IG、IB；

步骤4：分别采用混沌序列O、P、Q基于提升方案的图像预处理策略对矩阵IR、IG、IB进行预处理，得到三个长度均为M×N的序列CR、CG、CB；步骤4具体包括：

步骤4.1：将矩阵IR、IG、IB分别从二维转化成一维大小为1×MN的序列R_1、G_1、B_1；对混沌序列O、P、Q进行升序排列，得到对应的索引向量O_1、P_1、Q_1；分别利用索引向量O_1、P_1、Q_1对三个序列R_1、G_1、B_1进行排列，得到三个长度为M×N的序列R_2、G_2、B_2；

步骤4.2：利用序列G_2对序列R_2进行预测，获取新的序列NR：

其中，mod函数表示取模运算，floor函数表示向下取整运算，分别表示序列NR、G_2、R_2中的第i₁个数值，i₁为整数且i₁∈[1,M×N]，G_2₀＝0；

步骤4.3：利用序列G_2和P对序列NR进行干扰，获取新的序列CR：

其中，分别表示序列CR、P、NR中的第i₁个数值；

步骤4.4：利用序列CR对序列G_2进行更新，获取新的序列NG：

其中，表示序列NG中的第i₁个数值，CR₀＝0；

步骤4.5：利用序列CR对序列B_2进行预测，获取新的序列NB：

其中，分别表示序列NB、B_2中的第i₁个数值；

步骤4.6：利用序列CR和Q对序列NB进行干扰，获取新的序列CB：

其中，分别表示序列CB、Q中的第i₁个数值；

步骤4.7：利用序列CB对序列NG进行更新，获取新的序列CG：

其中，表示序列CG中的第i₁个数值，CB₀＝0；

步骤5：利用混沌序列O、P、Q对三个序列CR、CG、CB进行跨分量置乱，得到三个大小为M×N的矩阵VR、VG、VB；步骤5具体包括：

步骤5.1：将三个序列CR、CG、CB进行重组，得到三个大小为M×N的矩阵PR、PG、PB；分别从矩阵PR、PG、PB中选取三个大小为L²×L²的矩阵，分别记为PR_2、PG_2、PB_2；将矩阵PR_2、PG_2、PB_2依次分为L²个块，每个块的大小为L×L；其中，按照公式(9)计算得到L的值：

步骤5.2：分别从序列O、P、Q中选取前L²个数据，通过公式(10)计算得到四个新的序列T、H、Y、Z，然后分别对T、H、Y、Z进行升序排列得到对应的索引向量IT、IH、IY、IZ：

其中，T_i、H_i、Y_i、Z_i分别表示序列T、H、Y、Z中的第i个数值，i为整数且i∈[1,L²]；

步骤5.3：初始化两个大小为L²×L²的矩阵S、W，将矩阵S的每一行依次按照索引向量IT中的数值设置，将矩阵W的每一行依次按照索引向量IH中的数值设置；然后依据索引向量IY中的数值对矩阵S中的每一行进行循环移位，依据索引向量IZ中的数值对矩阵W的每一行进行循环移位，最终得到两个新的矩阵S、W；

步骤5.4：根据矩阵S通过公式(11)生成一个大小为L²×L²的整数矩阵E：

E(i,j)＝mod(S(i,j)+j,3) (11)

其中，mod函数表示取模运算，i∈[1,L²]，j∈[1,L²]，E(i,j)表示矩阵E中第i行第j列的数值且E(i,j)∈[0,2]；

步骤5.5：生成三个大小为M×N的矩阵VR、VG、VB，用PR、PG、PB对VR、VG、VB进行初始化，使VR＝PR，VG＝PG，VB＝PB；

步骤5.6：设置列索引j＝1；

步骤5.7：利用矩阵E中的值分别确定矩阵PR、PG、PB中像素移动的目标位置；

步骤5.8：令j的值增加1，重复执行步骤5.7，直至j的值大于L²，结束循环

步骤6：利用混沌序列O、P、Q对三个矩阵VR、VG、VB进行扩散，得到三个大小为M×N的密文矩阵CIR、CIG、CIB；步骤6具体包括：

步骤6.1：按照公式(12)根据混沌序列O、P、Q生成三个长度为M×N的随机序列CO、CP、CQ；然后分别对随机序列CO、CP、CQ进行升序排列得到三个对应的索引向量XD、SD、CD；并按照公式(13)根据随机序列CO、CP、CQ生成序列K：

其中，mod函数表示取模运算，floor函数表示向下取整运算，||表示取绝对值，分别表示序列CO、CP、CQ、O、P、Q、K中的第i₁个数值，i₁为整数且i₁∈[1,M×N]；

步骤6.2：将矩阵VR、VG、VB转化成三个长度为M×N的序列VRR、VGG、VBB，采用序列XD、SD、CD、K按照公式(14)对序列VRR、VGG、VBB进行扩散，得到三个长度为M×N的序列RA、GA、BA：

其中，XD(i₁)、SD(i₁)、CD(i₁)分别表示序列XD、SD、CD中第i₁个数值，RA(XD(i₁))、GA(XD(i₁))、BA(XD(i₁))分别表示序列RA、GA、BA中第XD(i₁)个数值，VRR(SD(i₁))、VGG(SD(i₁))、VBB(SD(i₁))分别表示序列VRR、VGG、VBB中第SD(i₁)个数值，K(CD(i₁))表示序列K中第CD(i₁)个数值；i₁为整数且i₁∈[1,M×N]；

步骤6.3：将三个序列RA、GA、BA进行重组，得到三个大小为M×N的矩阵CIR、CIG、CIB；

步骤7：对三个密文矩阵CIR、CIG、CIB进行合成，得到大小为M×N的密文图像。