[发明专利]一种动态定位双向同步置乱与扩散混沌图像加密算法

说明书

本发明涉及一种动态定位双向同步置乱与扩散混沌图像加密算法。针对目前存在的图像加密算法使用的混沌系统结构单一，且置乱方法常为简单的混沌随机序列排序构造替换表，同时易忽略密钥更新方法，提出一种动态定位双向同步置乱扩散混沌图像加密算法。该算法通过引入指数函数改进Tent映射，以Logistic映射为动态输入，像素为动态参数，构造了一种动态混沌映射格子；该算法使用忆阻器神经网络的输出值作为密钥更新以及定位索引置乱的行列对的相关参数，使用定位元素对混沌随机矩阵进行双向行列排序，从而完成快速全局置乱，通过分析像素bit位特点，进行像素bit位突变，同步完成图像置乱和扩散操作；最后采用密钥序列完成图像行与列的扩散操作，使得每一个像素值的影响扩散到整张图像，增强算法的安全性。实验表明：混沌系统产生的混沌序列的随机性较好，该算法可以实现良好的加密效果，实现图像安全传输的目的。

技术领域

本发明涉及加密技术领域，具体是一种动态定位双向同步置乱与扩散混沌图像加密算法。

背景技术

随着计算机网络技术的发展，图像作为一种信息载体被广泛使用。但由于图像具有信息量大、冗余度高的特点，其安全性也日益成为人们密切关注的问题。传统的加密算法，如DES(Data Encryption Standard)等加密算法，已经不能够满足对图像加密的要求。

近年来，随着混沌概念的提出，混沌系统的初值敏感性、伪随机性、非周期性等特点，被广泛应用到基于混沌随机序列的图像加密算法的研究中。而其他学者则尝试将基于混沌系统的加密算法与其他领域的结合成为一种新的加密方式。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态定位双向同步置乱与扩散混沌图像加密算法；该加密算法通过引入指数函数改进Tent映射，以Logistic映射为动态输入，像素为动态参数，构造了一种动态混沌映射格子，使用忆阻器神经网络的输出值作为密钥更新以及定位索引置乱的行列对的相关参数，使用定位元素对混沌随机矩阵进行双向行列排序，从而完成快速全局置乱，通过分析像素bit位特点，进行像素bit位突变，同步完成图像置乱和扩散操作；最后采用密钥序列完成图像行与列的扩散操作，使得每一个像素值的影响扩散到整张图像，增强算法的安全性。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

为实现上述发明目的，采用的技术方案为一种动态定位双向同步置乱与扩散混沌图像加密算法加密步骤详述如下：

步骤1：通过引入指数函数改进Tent映射，以Logistic映射为动态输入，像素为动态参数，构造了一种动态混沌映射格子；

步骤2：使用忆阻器神经网络的输出值作为密钥更新以及定位索引置乱的行列对的相关参数，使用定位元素对混沌随机矩阵进行双向行与列置乱；

步骤3：通过分析像素bit位特点，进行像素bit位突变；

步骤4：根据像素值获得其相应替换的像素的索引，通过bit位的交换，同步完成图像置乱和扩散操作；

步骤5：采用密钥序列完成图像行与列的快速扩散操作，使得每一个像素值的影响扩散到整张图像；

1、作为优选，本发明提供的一种动态混沌映射格子，其特征在于：通过引入指数函数e^k，利用Tent映射以及Logistic映射，构造动态的TLCML混沌系统，如下式，使得混沌映射的随机性更强，提高加密算法的安全性；

其中n为时延，β∈[1,4]，μ∈[1,4]；α为动态选择系数，其中

a＝sum(·)，即为对原图像求和。

2、作为优选，本发明提供的一种基于忆阻器的混沌神经网络，其特征在于：根据电压和流过忆阻的电流推导忆阻方程，忆阻的阻值M(t)可以表示为：