[发明专利]一种基于Logistic双像素矩形映射彩色图像加密及解密方法

说明书

本发明涉及信息安全和图像处理技术领域，提出彩色图像加密和解密方法。该方法可以快速的完成各种彩色图像加解密，加密得到的密文图像破坏了明文图像的结构，能有效抵抗图像像素频率统计攻击。所述彩色图像加密方法首先构造彩色密钥图像，用以控制加密算法和解密算法；其次利用Logistic混沌系统对明文彩色图像进行预处理，然后在明文图像的每个通道中以双像素为组别，在密钥图像所形成的矩形中查找密文像素，最后输出密文彩色图像。该方法加密效率高，实用性强，能有效抵抗频率统计攻击、选择明文攻击，具有良好的加密效果，本发明能应用于彩色图像的产生、存储、传输等场景，有效保护其机密性。

技术领域

本发明涉及信息安全领域，更具体地说，它涉及一种基于Logistic双像素矩形映射彩色图像加密及解密方法。

背景技术

目前，计算机网络和多媒体技术飞速发展，人们在工作生活中通常使用各种各样的图像来表达信息，其中尤其使用彩色图像居多。由于彩色图像的广泛使用，使得其保密性备受挑战。而信息安全领域常用的加密算法如AES、RSA不能直接用于彩色图像的保密性实现。这是由于一方面彩色图像数据量非常庞大，特别是现在经常使用的高分辨率彩图；另一方面传统的加密算法在设计时主要针对的是文本数据，因而加密算法复杂，例如DES算法需要迭代16轮，AES算法至少迭代10轮，而公钥算法如RSA比DES效率更低。

由于混沌系统的吸引子维数是分维，有非常复杂的分形结构，具有良好的不可预测性，混沌系统具有对初始条件和参数的极为敏感性，因而混沌系统可用于数据保密领域。现有的基于混沌的图像保密技术通常是在混沌映射的基础上对图像进行加密处理。例如公告号为CN108234813A的专利公开了一种“基于超混沌Chen系统的明文关联图像加密算法”，该方法通过Chen混沌系统产生四个伪随机序列矩阵，然后对明文图像做正向扩散、置乱和逆向扩散等操作，从而得到最终的密文图像。这种方法虽然解决了Logistic混沌系统的密钥空间小的问题，但过程复杂，这对图像加密并不利。总体说来，现有技术存在的问题是：算法比较复杂，导致对图像加密和解密时效率较低，非常耗时，对彩色图像加密尤其如此；算法的安全性需要进一步提升。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于Logistic双像素矩形映射彩色图像加密方法，在混沌系统的基础上，构造矩形映射函数，很好平衡了算法复杂性与安全性之间的关系。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于Logistic双像素矩形映射彩色图像加密方法，包括以下步骤：

步骤101：根据种子密钥k＝(k₁,k₂)中的k₁构造彩色密钥图像I^K；

步骤102：对读入后的明文彩色图像I^P转化为RGB颜色空间，并进一步分离至R,G,B通道，得到三幅明文子图像

步骤103：根据k₂，并利用Logistic混沌系统将步骤102中得到的三幅明文子图像进行扰乱，得到

步骤104：将步骤103得到的子图像分别执行矩形映射操作，得到各自密文子图像

步骤105：将步骤104得到的三幅密文子图像合成为最终密文图像I^C。

作为一种优选方案，步骤101中根据种子密钥构造彩色密钥图像I^K；所述种子密钥由介于0到255之间的整数构成，其长度可变，最长为256，相当于2048比特长，所构造的密钥图像I^K表示成RGB空间为

作为一种优选方案，步骤102中采用RGB彩色模型对所输入的明文彩色图像进行表示，得到三个分量子图像。

作为一种优选方案，步骤103中采用Logistic混沌系统数学模型如下：