[发明专利]基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法

摘要

基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法，涉及图像信息安全技术领域，解决现有医学图像加密技术加密效率低，无法抵抗已知明文和选择明文攻击的安全缺陷，本发明提出的基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密解密方法，本发明利用小波变换对医学图像的感兴趣区域进行处理，实现了图像的频域加密。同时，使用超混沌系统来置乱扩散医学图像的感兴趣区域，从而实现图像在空间域的保护。此外，本发明设计信息熵密钥更新方法，使密钥不仅与混沌系统的参数有关，而且与明文图像有关，从而能够抵抗已知明文攻击或者选择明文攻击。

主权项

1.基于信息熵更新密钥的感兴趣区域医学图像混沌加密方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：步骤一、选择M×N的灰度医学图像作为原始图像Pimg；步骤二、将原始图像Pimg分为大小为n×n的图像块B_s，获得M×N/(n×n)个图像块，s＝1,2,3,...,M×N/(n×n)，其中n为用户根据需求所划分的图像块大小；步骤三、计算步骤二所述图像块B_s内所有像素灰度值的平均值步骤四、感兴趣区域判别，判别方法如下：当平均值时，则图像块B_s为感兴趣区域ROIB_r，设置对应的第s个感兴趣区域标志位ROI_flag_s为1；当平均值时，则该图像块B_s为非感兴趣区域RONI，设置对应的第s个感兴趣区域标志位ROI_flag_s为0；其中t为感兴趣区域阈值，r为图像感兴趣区域编号，r＝1,2,…,sum(ROI_flag_s)；sum(ROI_flag_s)为Pimg中所有被判别为感兴趣区域的图像块的个数；步骤五、将步骤四所述r个感兴趣区域ROIB_r进行矩阵重排，变形为长度为n×n的感兴趣区域序列SROIB_r；步骤六、将步骤五获得的r个感兴趣区域序列SROIB_r按照从上向下的顺序组合成矩阵，获得大小为(n×n)×sum(ROI_flag_s)感兴趣区域矩阵ROI_M；步骤七、对步骤六所述感兴趣区域矩阵ROI_M进行二维离散小波变换，获得四个小波子带，分别为低频子带ROIcA，高频子带ROIcH、高频子带ROIcV和高频子带ROIcD；步骤八、对步骤七获得的低频子带ROIcA转换为带符号十六位整数，然后进行混沌加密，获得低频子带密文矩阵EnROIcA，具体加密方法如下：步骤八一、由用户设定x₀，y₀，z₀，u₀，ω₀的值作为低频子带加密密钥；步骤八二、将大小为LL×LH的低频子带ROIcA变形为一维低频子带矩阵SROIcA；计算所述一维低频子带矩阵SROIcA的信息熵H(SROIcA)；采用下式进行信息熵初值的更新，获得混沌系统初值：q₀＝(H(SROIcA)+1)/(1+H(SROIcA)+x₀+y₀)式中q₀为混沌系统初值；步骤八三、采用步骤八二所述的q₀作为混沌映射系统初值，将混沌映射系统迭代Time1次，生成混沌序列Q；Time1的值大于LL×LH；舍弃所述混沌序列Q的前t1个迭代结果，从第t1+1个值开始顺序选取LL×LH个值作为低频子带置乱序列Q2；并将所述低频子带置乱序列Q2升序排序，并记录索引值，组成索引序列T；步骤八四、将步骤八二中所述的一维低频子带序列SROIcA按照步骤八三获得的索引序列T进行置乱，获得置乱后的低频子带置乱序列CSROIcA；步骤八五、采用高维超混沌系统生成混沌扩散序列Y，舍弃混沌扩散序列Y的前t2个值，从t2+1开始顺序选取LL×LH个值作为低频子带密钥流K，并对K做如下处理：K＝int16(mod(floor(K×10⁴)，256))式中，mod为取模函数，floor为向下取整，int16为将矩阵内数值转换为带符号的16位整数；将所述低频子带密钥流K进行下式操作，生成低频子带扩散密钥流K2：K2＝bitxor(K(i1),K)其中i1＝1,2,…,LL×LH；步骤八六、将步骤八五获得的低频子带扩散密钥流K2与步骤八二所述的一维低频子带矩阵SROIcA进行按位异或运算，获得低频子带加密序列K3:将所述低频子带加密序列K3与步骤八四中获得置乱后的低频子带置乱序列CSROIcA进行按比特异或操作，获得低频子带密文序列C；步骤八七、将步骤八六获得的低频子带密文序列C变形，变成大小为LL×LH的低频子带密文矩阵EnROIcA，用下式表示为：EnROIcA＝reshape(C,LL,LH)步骤九、将低频子带密文矩阵EnROIcA与步骤七中所述高频子带ROIcH，ROIcV，ROIcD进行拼接，获得感兴趣区域ROI2；拼接方法如下式：ROI2＝[EnROIcA,ROIcV；ROIcH,ROIcD]；将所述感兴趣区域ROI2进行混沌加密，获得加密后的感兴趣区域密文EnROI；步骤十、将步骤九所述感兴趣区域密文EnROI归一化处理，获得归一化感兴趣密文normal_EnROI，将所述归一化感兴趣密文normal_EnROI转换成16位无符号整数类型，生成16位无符号整数感兴趣区域密文EnROI2；步骤十一、将步骤十所述的16位无符号整数感兴趣区域密文EnROI2，按照步骤四所述判别为感兴趣区域标志位ROI_flag_s为1的块位置放回，获得最终加密图像EnImg。