[发明专利]一种具有双向扩散机制的混沌图像加密方法

摘要

本发明一种具有双向扩散机制的混沌图像加密方法，属于图像加密领域，本发明的置乱过程保持不变，而扩散过程由两个独立的、方向不同的扩散阶段构成；通过1轮双向扩散，即可以达到传统方法的效果，从而显著提高了加密系统的效率；密码学分析与加密速度测试表明，与传统方法相比，在具有相同安全性的前提下，本方法的加密速度有约44%的提升。

主权项

一种具有双向扩散机制的混沌图像加密方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：基于离散standard映射实现明文图像的置乱处理，改变图像中每一个像素点的位置；步骤1‑1：设待加密明文图像的大小为N×N，采用离散standard映射实现图像的置乱，消除相邻像素间的相关性；步骤1‑2：反复执行步骤1‑1，执行次数为2～4次；步骤2：基于Chebyshev映射对置乱后的图像实施双向扩散，改变图像中每个像素点的值并将每个像素点的影响扩散至整个密文图像；步骤2‑1：设置扩散密钥(k,x0)，迭代公式(1)N0次，使系统充分进入混沌状态；xn+1=cos(k·cos‑1xn),xn∈[‑1,1]                (1)其中，x0为状态变量初始值；N0为常量，N0≥200；k为控制参数；xn为状态变量；xn+1是基于xn生成的下一个迭代值；步骤2‑2：继续迭代Chebyshev映射，采用公式(2)对混沌映射的当前状态变量xn进行量化，得到一个密钥流元素kn；kn=mod[floor(((xn+1)/2)×1014),L]               (2)其中，floor(x)函数表示返回距离x最近的小于等于x的整数值；mod(p,q)表示返回p除以q的余数；L为图像的灰度级；步骤2‑3：采用步骤2‑2得到的密钥流元素对一个明文像素点进行加密，加密公式为：cn=kn⊕{[pn+kn]mod L}⊕cn‑1               (3)其中，pn为当前操作的明文像素值；cn为当前输出的密文像素值，cn‑1为前一个已加密点的密文像素值，其初始值c0设为一个常量,⊕代表按位异或操作；用于解密的反变换为：pn=[kn⊕cn⊕cn‑1+L‑kn]mod L              (4)步骤2‑4：重复执行步骤2‑2到步骤2‑3，按照从左至右、从上至下的顺序对置乱图像中所有的像素点进行加密；步骤2‑5：重复执行步骤2‑2到步骤2‑3，按照:从下至上、从右至左的顺序对置乱图像中所有的像素点进行加密。