[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

说明书

本发明提供一种基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法。该方法包括：根据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；采用洛伦兹‑哈肯激光混沌系统生成三个混沌序列O、P、Q；将彩色明文图像进行RGB分解，得到三个矩阵IR、IG、IB；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，得到三个序列CR、CG、CB；利用混沌序列O、P、Q对三个序列CR、CG、CB进行跨分量置乱，得到三个矩阵VR、VG、VB；利用混沌序列O、P、Q对三个矩阵VR、VG、VB进行扩散，得到三个密文矩阵CIR、CIG、CIB；对三个密文矩阵CIR、CIG、CIB进行合成，得到密文图像。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，尤其涉及一种基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法。

背景技术

近年来，多媒体通信在人们的通信过程中占着重要的地位，每天存储和发送的多媒体数据显著增加，保障相关数据的安全和隐私成为安全专家面临的紧迫挑战。不幸的是，传统的加密方案如AES、DES和RSA是针对文本数据进行设计的，不适合针对图像进行加密，因为图像的体积大、冗余度高、相关性强。所以，相关专家基于不同理论和技术提出了许多新的图像加密方案。混沌系统具有不可预测性、非周期性、对初始值的高度敏感性等特点，非常符合密码学的基本要求，近年来混沌系统被广泛用于图像加密算法设计中。

为了提高加密技术的可用性和安全性，多位学者还引入了不同领域的知识设计图像加密算法。2018年，Hua等人(Zhongyun Hua,Yicong Zhou,Hejiao Huang.Cosine-transform-based chaotic system for image encryption.Information Sciences,480(2019):403-419)提出了一种基于余弦变换的混沌系统，并将其用于图像加密算法设计中。该算法将明文图像加密成不可识别的密文图像，实现了较高的安全性。但是其仅仅是针对灰度图像设计的，并没有考虑到彩色图像R、G、B分量之间的相关性，直接用于彩色图像的加密操作时存在弱安全性的不足。1995年，Sweldens(Wim Sweldens.The lifting scheme:acustom-design construction of biorthogonalwavelets.Applied and ComputationalHarmonic Analysis,3(1996):186-200)提出了一种计算小波变换的新方法-提升方案，主要分为三个阶段：分裂、预测和更新，整体上提高了算法的安全性。但是，大多数图像加密算法都是基于置换-扩散结构的，在置乱-扩散框架下的图像加密算法中，一些算法对特殊图像(如全黑、全白图像)进行像素级加密处理时，常常产生置乱无效的问题。

发明内容

针对传统置乱-扩散框架下的图像加密算法对全黑、全白图像常存在置乱无效的问题，本发明提供一种基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法，结合提升方案、跨分量置乱和非序列扩散，能够将彩色明文图像加密成无法识别原图像内容的密文图像，从而满足人们的需求。

本发明提供的基于提升方案和跨分量置乱的彩色图像加密方法，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；