CN103458316B - 一种图像加密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及图像处理，具体为一种图像加密方法，图像加密方法包括以下步骤：由真随机序列发生器生成真随机序列；对原始图像灰度值序列进行置乱得到置乱图像灰度值序列；所述置乱图像灰度值序列和所述真随机序列进行逐位异或，得到加密图像灰度值序列。由于真随机序列随机性高、均匀分布性好、相邻元素之间不相关，即使知道了真随机序列发生器的种子和算法，也不能推算出该真随机序列，所以加密后图像的抗攻击性强，同时真随机序列和图像置乱结合起来加密图像，进一步增强了加密后图像的抗攻击性；且图像置乱过程采用分块置乱，各图像块可并行处理，因此也提高了图像置乱的处理速度。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理领域，具体为一种图像加密方法。
背景技术
随着计算机通信技术的迅速发展，信息产业逐渐发展壮大，经济效益逐步提高，因此对信息的安全性提出了更高要求。信息安全的核心是密钥的安全性，采用随机序列进行图像加密时，各种密钥都是随机序列，因此随机序列的大小和随机性决定了通信安全指数。对高效、可靠的随机数发生器的研究和开发已经被提上日程，申请号为201110095616.8的专利公开了一种图像加密方法：利用伪随机序列发生器产生的二进制伪随机序列，通过Rijndael算法中密钥异或操作实现图像像素的RGB或灰度值变换，然后通过S-盒变换来完成图像像素的替代；再利用伪随机数发生器生成的整数值序列来实现图像像素的行列置换操作，循环进行k轮加密，最终实现图像加密。解密单元是加密单元的加密过程的反次序单元，利用伪随机序列发生器产生的二进制序列，进行加密的逆运算，然后进行密钥异或运算，最终实现图像解密。伪随机数具有很好的统计特性，但是其种子不具有真随机性并且一旦暴露，攻击者可以根据已知序列准确地预测出后续序列，无法应用于对保密安全性要求高的场合，比如信息安全领域。
发明内容
本发明为了解决采用伪随机数序列加密后的图像抗攻击性不足的问题，提出一种利用真随机序列进行图像加密的方法。
一种图像加密方法，包括以下步骤：
步骤1：由真随机序列发生器生成真随机序列；
步骤2：对原始图像灰度值序列进行置乱得到置乱图像灰度值序列；
步骤3：所述真随机序列和置乱图像灰度值序列进行逐位异或，得到加密图像灰度值序列；
上述步骤1中所述真随机序列发生器，包括随机源模块和后处理电路，其中随机源模块包括晶体振荡器、第一RS触发器RS1、第二RS触发器RS2、第三RS触发器RS3、……、第m-1个RS触发器RS m-1、第m个RS触发器RS m ，其中，m为正整数，第一异或门XOR1，第一D触发器D1和第二D触发器D2，二分频器；后处理电路包括第二异或门XOR2、第三异或门XOR3、第四异或门XOR4、第五异或门XOR5和第六异或门XOR6，第三D触发器D3、第四D触发器D4、第五D触发器D5、第六D触发器D6、第七D触发器D7、第八D触发器D8、第九D触发器D9、第十D触发器D10和第十一D触发器D11，触发器D1,1、触发器D1,2、……、触发器D1,n-1、触发器D1,n ，触发器D2,1、触发器D2,2、……、触发器D2,n-1、触发器D2,n ，异或门XOR1,1、异或门XOR1,2、……、异或门XOR1,n-2、异或门XOR1,n-1，异或门XOR2,1、异或门XOR2,2、……、异或门XOR2,n-2、异或门XOR2,n-1，其中，n为正整数；二分频器的输入端和晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第二RS触发器RS2的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第三RS触发器RS3的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，依此类推，第m个RS触发器RS m 的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的Q输出端、第二RS触发器RS2的Q输出端、第三RS触发器RS3的Q输出端、……、第m-1个RS触发器RS m-1的Q输出端、第m个RS触发器RS m 的Q输出端分别和第一异或门XOR1的输入端连接，第一异或门XOR1的输出端和第一D触发器D1的D输入端连接，第一D触发器D1的Q输出端和第二D触发器D2的D输入端连接，第二D触发器D2的Q输出端和第三D触发器D3的D输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端和第四D触发器D4的D输入端连接，第四D触发器D4的Q输出端和第五D触发器D5的D输入端连接，第五D触发器D5的Q输出端和第六D触发器D6的D输入端连接，第一D触发器D1的时钟信号输入端、第二D触发器D2的时钟信号输入端、第三D触发器D3的时钟信号输入端、第四D触发器D4的时钟信号输入端、第五D触发器D5的时钟信号输入端和第六D触发器D6的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的时钟信号输入端、触发器D1,2的时钟信号输入端、触发器D1,3的时钟信号输入端、……、触发器D1,n-1的时钟信号输入端、触发器D1,n 的时钟信号输入端和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的Q输出端和触发器D1,2的D输入端连接，触发器D1,2的Q输出端和触发器D1,3的D输入端连接，依此类推，触发器D1,n-1的Q输出端和触发器D1,n 的D输入端连接，触发器D1,n-1的Q输出端、触发器D1,n 的Q输出端分别和异或门XOR1,n-1的两个输入端连接，触发器D1,n-2的Q输出端、异或门XOR1,n-1的输出端分别和异或门XOR1,n-2的两个输入端连接，触发器D1,n-3的Q输出端、异或门XOR1,n-2的输出端分别和异或门XOR1,n-3的两个输入端连接，依此类推，触发器D1,1的Q输出端、异或门XOR1,2的输出端分别和异或门XOR1,1的两个输入端连接，异或门XOR1,1的输出端和触发器D1,1的D输入端连接，触发器D2,1的时钟信号输入端、触发器D2,2的时钟信号输入端、触发器D2,3的时钟信号输入端、……、触发器D2,n-1的时钟信号输入端、触发器D2,n 的时钟信号输入端、触发器D2,n 的时钟信号输入端触发器D2,n 的时钟信号输入端和二分频器的输出端连接，触发器D2,1的Q输出端和触发器D2,2的D输入端连接，触发器D2,2的Q输出端和触发器D2,3的D输入端连接，依此类推，触发器D2,n-1的Q输出端和触发器D2,n 的D输入端连接，触发器D2,n 的Q输出端、触发器D2,n-1的Q输出端分别和异或门XOR2,n-1的两个输入端连接，触发器D2,n-2的Q输出端、异或门XOR2,n-1的输出端分别和异或门XOR2,n-2的两个输入端连接，触发器D2,n-3的Q输出端、异或门XOR2,n-2的输出端分别和异或门XOR2,n-3的两个输入端连接，依此类推，触发器D2,1的Q输出端、异或门XOR2,2的输出端分别和异或门XOR2,1的两个输入端连接，异或门XOR2,1的输出端和触发器D2,1的D输入端连接，触发器D1,n 的Q输出端、触发器D2,n 的Q输出端分别和第二异或门XOR2的两个输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端、第四D触发器D4的Q输出端、第五D触发器D5的Q输出端、第六D触发器D6的Q输出端、第二异或门XOR2的输出端分别和第三异或门XOR3的五个输入端连接，第三异或门XOR3的输出端、第七D触发器D7的Q输出端分别和第四异或门XOR4的两个输入端连接，第七D触发器D7的时钟信号输入端、第八D触发器D8的时钟信号输入端、第九D触发器D9的时钟信号输入端、第十D触发器D10的时钟信号输入端、第十一D触发器D11的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，第七D触发器D7的Q输出端和第八D触发器D8的D输入端连接，第八D触发器D8的Q输出端和第九D触发器D9的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端和第十D触发器D10的D输入端连接，第十D触发器D10的Q输出端和第十一D触发器D11的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端、第十一D触发器D11的Q输出端分别和第五异或门XOR5的两个输入端连接，第四异或门XOR4的输出端、第五异或门XOR5的输出端分别和第六异或门XOR6的两个输入端连接，第六异或门XOR6的输出端和第七D触发器D7的D输入端连接，第四异或门XOR4的输出端为真随机序列发生器的输出端，输出真随机序列R(i)。
由于真随机序列随机性高、均匀分布性好、相邻元素之间不相关，即使知道了真随机序列发生器的种子和算法，也不能推算出该真随机序列，所以加密后图像的抗攻击性强，同时真随机序列和图像置乱结合起来加密图像，进一步增强了加密后图像的抗攻击性.
上述步骤2中所述置乱方法采用Arnold置乱。该置乱算法迭代次数少，置乱速度快，执行效率高,且图像置乱过程采用分块置乱，各图像块可并行处理，因此也提高了图像置乱的处理速度。在接收方对加密图像先进行异或解密，然后变换一周期后（当图像的置乱变换的次数达到某一值后，图像中所有的像素点都回到起始位置）还原获得原始图像。
上述步骤3中所述真随机序列与置乱图像灰度值序列进行逐位异或，在逐位异或之前先进行序列内数值换位，数值换位时，可将真随机序列中的任意几位数值进行互换，进一步增强加密图像的抗攻击性。
上述步骤3中所述真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前先进行序列内数值移位，数值移位时，可将真随机序列中的数值右移或者左移任意位，进一步增强加密图像的抗攻击性。
上述步骤3中，将所述真随机序列任意截短成和置乱图像灰度值序列长度相同的序列后再与置乱图像灰度值序列异或。真随机序列发生器生成的真随机序列长度一般都大于置乱图像灰度值序列长度，将真随机序列任意截短成和置乱图像灰度值序列长度相同的序列，相当于增强了真随机序列的随机性，进而提高加密图像的抗攻击性。
上述步骤3中，所述真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前将序列中的一半0置为1，一半1置为0，增强了真随机序列的均匀性，真随机序列不易被推算出。
本发明提供的方法中图像加密过程包括真随机序列换位、移位和置乱图像灰度序列与换位、移位后的真随机序列异或，相当于对原始图像进行了四级加密，因此抗攻击性能大大提高。真随机序列相邻数值之间不相关，将它与置乱图像灰度序列逐位异或后，加密图像相邻像素序列也不相关，说明原始图像信息被均匀分布到加密后图像的各个区域。因此，当加密图像的某一部分受损时（剪切、噪声干扰等），原始图像信息没有完全丢失，在解密时，几乎可以完全恢复原始图像信息。实验证明，加密图像在遭到5%中心规则剪切攻击后，能较好的恢复原始图像，且信息保存完整，具有良好的抗剪切攻击性能。在加密图像中加入5%的高斯噪声和5%的椒盐噪声，观察异或解密后的图像，将它们分别与原图像进行比较，发现解密后灰度图像没有明显的差异。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为真随机序列发生器的电路图。
图3为本发明真随机序列发生器的一个实施例的电路图。
图4为图像置乱的流程图。
图5为真随机序列换位示意图。
图6为真随机序列移位示意图。
具体实施方式
图1示出本发明图像加密方法的流程图，包括以下步骤：
步骤1：由真随机序列发生器生成真随机序列；
步骤2：对原始图像灰度值序列进行置乱得到置乱图像灰度值序列；
步骤3：所述置乱图像灰度值序列和所述真随机序列进行逐位异或，得到加密图像灰度值序列；
上述步骤1中所述真随机序列发生器，包括随机源模块和后处理电路，其中随机源模块包括晶体振荡器、第一RS触发器RS1、第二RS触发器RS2、第三RS触发器RS3、……、第m-1个RS触发器RS m-1、第m个RS触发器RS m ，其中，m为正整数，第一异或门XOR1，第一D触发器D1和第二D触发器D2，二分频器；后处理电路包括第二异或门XOR2、第三异或门XOR3、第四异或门XOR4、第五异或门XOR5和第六异或门XOR6，第三D触发器D3、第四D触发器D4、第五D触发器D5、第六D触发器D6、第七D触发器D7、第八D触发器D8、第九D触发器D9、第十D触发器D10和第十一D触发器D11，触发器D1,1、触发器D1,2、……、触发器D1,n-1、触发器D1,n ，触发器D2,1、触发器D2,2、……、触发器D2,n-1、触发器D2,n ，异或门XOR1,1、异或门XOR1,2、……、异或门XOR1,n-2、异或门XOR1,n-1，异或门XOR2,1、异或门XOR2,2、……、异或门XOR2,n-2、异或门XOR2,n-1，其中，n为正整数；二分频器的输入端和晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第二RS触发器RS2的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第三RS触发器RS3的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，依此类推，第m个RS触发器RS m 的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的Q输出端、第二RS触发器RS2的Q输出端、第三RS触发器RS3的Q输出端、……、第m-1个RS触发器RS m-1、第m个RS触发器RS m 的Q输出端分别和第一异或门XOR1的输入端连接，第一异或门XOR1的输出端和第一D触发器D1的D输入端连接，第一D触发器D1的Q输出端和第二D触发器D2的D输入端连接，第二D触发器D2的Q输出端和第三D触发器D3的D输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端和第四D触发器D4的D输入端连接，第四D触发器D4的Q输出端和第五D触发器D5的D输入端连接，第五D触发器D5的Q输出端和第六D触发器D6的D输入端连接，第一D触发器D1的时钟信号输入端、第二D触发器D2的时钟信号输入端、第三D触发器D3的时钟信号输入端、第四D触发器D4的时钟信号输入端、第五D触发器D5的时钟信号输入端和第六D触发器D6的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的时钟信号输入端、触发器D1,2的时钟信号输入端、触发器D1,3的时钟信号输入端、……、触发器D1,n-1的时钟信号输入端、触发器D1,n 的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的Q输出端和触发器D1,2的D输入端连接，触发器D1,2的Q输出端和触发器D1,3的D输入端连接，依此类推，触发器D1,n-1的Q输出端和触发器D1,n 的D输入端连接，触发器D1,n-1的Q输出端、触发器D1,n 的Q输出端分别和异或门XOR1,n-1的两个输入端连接，触发器D1,n-2的Q输出端、异或门XOR1,n-1的输出端分别和异或门XOR1,n-2的两个输入端连接，触发器D1,n-3的Q输出端、异或门XOR1,n-2的输出端分别和异或门XOR1,n-3的两个输入端连接，依此类推，触发器D1,1的Q输出端、异或门XOR1,2的输出端分别和异或门XOR1,1的两个输入端连接，异或门XOR1,1的输出端和触发器D1,1的D输入端连接，触发器D2,1的时钟信号输入端、触发器D2,2的时钟信号输入端、触发器D2,3的时钟信号输入端、……、触发器D2,n-1的时钟信号输入端、触发器D2,n 的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D2,1的Q输出端和触发器D2,2的D输入端连接，触发器D2,2的Q输出端和触发器D2,3的D输入端连接，依此类推，触发器D2,n-1的Q输出端和触发器D2,n 的D输入端连接，触发器D2,n 的Q输出端、触发器D2,n-1的Q输出端分别和异或门XOR2,n-1的两个输入端连接，触发器D2,n-2的Q输出端、异或门XOR2,n-1的输出端分别和异或门XOR2,n-2的两个输入端连接，触发器D2,n-3的Q输出端、异或门XOR2,n-2的输出端分别和异或门XOR2,n-3的两个输入端连接，依此类推，触发器D2,1的Q输出端、异或门XOR2,2的输出端分别和异或门XOR2,1的两个输入端连接，异或门XOR2,1的输出端和触发器D2,1的D输入端连接，触发器D1,n 的Q输出端、触发器D2,n 的Q输出端分别和第二异或门XOR2的两个输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端、第四D触发器D4的Q输出端、第五D触发器D5的Q输出端、第六D触发器D6的Q输出端、第二异或门XOR2的输出端分别和第三异或门XOR3的五个输入端连接，第三异或门XOR3的输出端、第七D触发器D7的Q输出端分别和第四异或门XOR4的两个输入端连接，第七D触发器D7的时钟信号输入端、第八D触发器D8的时钟信号输入端、第九D触发器D9的时钟信号输入端、第十D触发器D10的时钟信号输入端、第十一D触发器D11的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，第七D触发器D7的Q输出端和第八D触发器D8的D输入端连接，第八D触发器D8的Q输出端和第九D触发器D9的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端和第十D触发器D10的D输入端连接，第十D触发器D10的Q输出端和第十一D触发器D11的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端、第十一D触发器D11的Q输出端分别和第五异或门XOR5的两个输入端连接，第四异或门XOR4的输出端、第五异或门XOR5的输出端分别和第六异或门XOR6的两个输入端连接，第六异或门XOR6的输出端和第七D触发器D7的D输入端连接，第四异或门XOR4的输出端为真随机序列发生器的输出端，输出真随机序列R(i)。参见图3所示，为本发明的一个实施例的电路图，所述真随机序列发生器，包括随机数的熵源模块和后处理电路，其中随机数的熵源模块包括晶体振荡器、第一RS触发器RS1、第二RS触发器RS2和第三RS触发器RS3，第一异或门XOR1，第一D触发器D1和第二D触发器D2，二分频器。后处理电路包括第二异或门XOR2、第三异或门XOR3、第四异或门XOR4、第五异或门XOR5和第六异或门XOR6，第三D触发器D3、第四D触发器D4、第五D触发器D5、第六D触发器D6、第七D触发器D7、第八D触发器D8、第九D触发器D9、第十D触发器D10和第十一D触发器D11，触发器D1,1、触发器D1,2、触发器D1,3、触发器D1,4、触发器D1,5，触发器D2,1、触发器D2,2、触发器D2,3、触发器D2,4、触发器D2,5，异或门XOR1,1、异或门XOR1,2、异或门XOR1,3、异或门XOR1,4，异或门XOR2,1、异或门XOR2,2、异或门XOR2,3、异或门XOR2,4；二分频器的输入端和晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第二RS触发器RS2的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第三RS触发器RS3的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的Q输出端、第二RS触发器RS2的Q输出端、第三RS触发器RS3的Q输出端分别和第一异或门XOR1的输入端连接，第一异或门XOR1的输出端和第一D触发器D1的D输入端连接，第一D触发器D1的Q输出端和第二D触发器D2的D输入端连接，第二D触发器D2的Q输出端和第三D触发器D3的D输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端和第四D触发器D4的D输入端连接，第四D触发器D4的Q输出端和第五D触发器D5的D输入端连接，第五D触发器D5的Q输出端和第六D触发器D6的D输入端连接，第一D触发器D1的时钟信号输入端、第二D触发器D2的时钟信号输入端、第三D触发器D3的时钟信号输入端、第四D触发器D4的时钟信号输入端、第五D触发器D5的时钟信号输入端和第六D触发器D6的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的时钟信号输入端、触发器D1,2的时钟信号输入端、触发器D1,3的时钟信号输入端、触发器D1,4的时钟信号输入端、触发器D1,5的时钟信号输入端和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的Q输出端和触发器D1,2的D输入端连接，触发器D1,2的Q输出端和触发器D1,3的D输入端连接，触发器D1,3的Q输出端和触发器D1,4的D输入端连接，触发器D1,4的Q输出端和触发器D1,5的D输入端连接，触发器D1,4的Q输出端、触发器D1,5的Q输出端分别和异或门XOR1,4的两个输入端连接，触发器D1,3的Q输出端、异或门XOR1,4的输出端分别和异或门XOR1,3的两个输入端连接，触发器D1,2的Q输出端、异或门XOR1,3的输出端分别和异或门XOR1,2的两个输入端连接，异或门XOR1,2的输出端、触发器D1,1的Q输出端分别和异或门XOR1,1的两个输入端连接，异或门XOR1,1的输出端和触发器D1,1的D输入端连接，触发器D2,1的时钟信号输入端、触发器D2,2的时钟信号输入端、触发器D2,3的时钟信号输入端、触发器D2,4的时钟信号输入端、触发器D2,5的时钟信号输入端和二分频器的输出端连接，触发器D2,1的Q输出端和触发器D2,2的D输入端连接，触发器D2,2的Q输出端和触发器D2,3的D输入端连接，触发器D2,3的Q输出端和触发器D2,4的D输入端连接，触发器D2,5的Q输出端、触发器D2,4的Q输出端分别和异或门XOR2,4的两个输入端连接，触发器D2,3的Q输出端、异或门XOR2,4的输出端分别和异或门XOR2,3的两个输入端连接，触发器D2,2的Q输出端、异或门XOR2,3的输出端分别和异或门XOR2,2的两个输入端连接，触发器D2,1的Q输出端、异或门XOR2,2的输出端分别和异或门XOR2,1的两个输入端连接，异或门XOR2,1的输出端和触发器D2,1的D输入端连接，触发器D1,5的Q输出端、触发器D2,5的Q输出端分别和第二异或门XOR2的两个输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端、第四D触发器D4的Q输出端、第五D触发器D5的Q输出端、第六D触发器D6的Q输出端、第二异或门XOR2的输出端分别和第三异或门XOR3的五个输入端连接，第三异或门XOR3的输出端、第七D触发器D7的Q输出端分别和第四异或门XOR4的两个输入端连接，第七D触发器D7的时钟信号输入端、第八D触发器D8的时钟信号输入端、第九D触发器D9的时钟信号输入端、第十D触发器D10的时钟信号输入端、第十一D触发器D11的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，第七D触发器D7的Q输出端和第八D触发器D8的D输入端连接，第八D触发器D8的Q输出端和第九D触发器D9的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端和第十D触发器D10的D输入端连接，第十D触发器D10的Q输出端和第十一D触发器D11的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端、第十一D触发器D11的Q输出端分别和第五异或门XOR5的两个输入端连接，第四异或门XOR4的输出端、第五异或门XOR5的输出端分别和第六异或门XOR6的两个输入端连接，第六异或门XOR6的输出端和第七D触发器D7的D输入端连接，第四异或门XOR4的输出端为真随机序列发生器的输出端，输出真随机序列R(i)。
图3中所述的真随机序列发生器，在生成8MB的真随机序列后，使用NIST测试软件对生成的数据进行随机性测试，测试结果如表1所示。
表1真随机序列的NIST测试结果
| 测试名称 | P值 | 通过率 | 结果 |
| 单比特频数检测 | 0.916520 | 0.9940 | 通过 |
| 块内频数检测 | 0.587052 | 0.9880 | 通过 |
| 游程检测 | 0.779188 | 0.9910 | 通过 |
| 块内最长游程检测 | 0.670396 | 0.9880 | 通过 |
| 二进制矩阵秩检测 | 0.701366 | 0.9900 | 通过 |
| 离散傅里叶变换检测 | 0.128874 | 0.9890 | 通过 |
| 非重叠模板匹配检测 | 0.368074 | 0.9910 | 通过 |
| 重叠模板匹配检测 | 0.847110 | 0.9870 | 通过 |
| 通用统计检测 | 0.632955 | 0.9910 | 通过 |
| 线性复杂度检测 | 0.526113 | 0.9880 | 通过 |
| 串行检测 | 0.681550 | 0.9890 | 通过 |
| 近似熵检测 | 0.905470 | 0.9860 | 通过 |
| 累加和检测 | 0.563241 | 0.9940 | 通过 |
| 随机游动检测 | 0.833945 | 0.9910 | 通过 |
| 随机游动频数检测 | 0.395807 | 0.9930 | 通过 |
上述步骤2中所述置乱方法采用Arnold置乱，如图4所示，将原始图像划分为N个大小为n×n的图像块，N和n为正整数；先对各个图像块内的像素点进行置乱；再对各个图像块进行置乱，即可得到置乱图像灰度值序列。
上述步骤3中所述的真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前先进行序列内数值换位。如图5所示，将所示真随机序列的左边3位数“101”和右边3位数“001”进行位置互换。
上述步骤3中所述的真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前先进行序列内数值移位。如图6所示，将所述真随机序列循环右移4位。
上述步骤3中，将所述的真随机序列任意截短成和置乱图像灰度值序列长度相同的序列后再与灰度值序列异或。
上述步骤3中，所述真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前将序列中的一半0置为1，一半1置为0。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种图像加密方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：由真随机序列发生器生成真随机序列；
步骤2：对原始图像灰度值序列进行置乱得到置乱图像灰度值序列；
步骤3：所述置乱图像灰度值序列和所述真随机序列进行逐位异或，得到加密图像灰度值序列；
上述步骤1中所述真随机序列发生器，包括随机源模块和后处理电路，其中随机源模块包括晶体振荡器、第一RS触发器RS1、第二RS触发器RS2、第三RS触发器RS3、……、第m-1个RS触发器RS m-1、第m个RS触发器RS m ，其中，m为正整数，第一异或门XOR1，第一D触发器D1和第二D触发器D2，二分频器；后处理电路包括第二异或门XOR2、第三异或门XOR3、第四异或门XOR4、第五异或门XOR5和第六异或门XOR6，第三D触发器D3、第四D触发器D4、第五D触发器D5、第六D触发器D6、第七D触发器D7、第八D触发器D8、第九D触发器D9、第十D触发器D10和第十一D触发器D11，触发器D1,1、触发器D1,2、……、触发器D1,n-1、触发器D1,n ，触发器D2,1、触发器D2,2、……、触发器D2,n-1、触发器D2,n ，异或门XOR1,1、异或门XOR1,2、……、异或门XOR1,n-2、异或门XOR1,n-1，异或门XOR2,1、异或门XOR2,2、……、异或门XOR2,n-2、异或门XOR2,n-1，其中，n为正整数；二分频器的输入端和晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第二RS触发器RS2的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第三RS触发器RS3的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，依此类推，第m个RS触发器RS m 的R输入端、S输入端和时钟信号输入端与晶体振荡器连接，第一RS触发器RS1的Q输出端、第二RS触发器RS2的Q输出端、第三RS触发器RS3的Q输出端、……、第m-1个RS触发器RS m-1的Q输出端、第m个RS触发器RS m 的Q输出端分别和第一异或门XOR1的输入端连接，第一异或门XOR1的输出端和第一D触发器D1的D输入端连接，第一D触发器D1的Q输出端和第二D触发器D2的D输入端连接，第二D触发器D2的Q输出端和第三D触发器D3的D输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端和第四D触发器D4的D输入端连接，第四D触发器D4的Q输出端和第五D触发器D5的D输入端连接，第五D触发器D5的Q输出端和第六D触发器D6的D输入端连接，第一D触发器D1的时钟信号输入端、第二D触发器D2的时钟信号输入端、第三D触发器D3的时钟信号输入端、第四D触发器D4的时钟信号输入端、第五D触发器D5的时钟信号输入端和第六D触发器D6的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的时钟信号输入端、触发器D1,2的时钟信号输入端、触发器D1,3的时钟信号输入端、……、触发器D1,n-1的时钟信号输入端、触发器D1,n 的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D1,1的Q输出端和触发器D1,2的D输入端连接，触发器D1,2的Q输出端和触发器D1,3的D输入端连接，依此类推，触发器D1,n-1的Q输出端和触发器D1,n 的D输入端连接，触发器D1,n-1的Q输出端、触发器D1,n 的Q输出端分别和异或门XOR1,n-1的两个输入端连接，触发器D1,n-2的Q输出端、异或门XOR1,n-1的输出端分别和异或门XOR1,n-2的两个输入端连接，触发器D1,n-3的Q输出端、异或门XOR1,n-2的输出端分别和异或门XOR1,n-3的两个输入端连接，依此类推，触发器D1,1的Q输出端、异或门XOR1,2的输出端分别和异或门XOR1,1的两个输入端连接，异或门XOR1,1的输出端和触发器D1,1的D输入端连接，触发器D2,1的时钟信号输入端、触发器D2,2的时钟信号输入端、触发器D2,3的时钟信号输入端、……、触发器D2,n-1的时钟信号输入端、触发器D2,n 的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，触发器D2,1的Q输出端和触发器D2,2的D输入端连接，触发器D2,2的Q输出端和触发器D2,3的D输入端连接，依此类推，触发器D2,n-1的Q输出端和触发器D2,n 的D输入端连接，触发器D2,n 的Q输出端、触发器D2,n-1的Q输出端分别和异或门XOR2,n-1的两个输入端连接，触发器D2,n-2的Q输出端、异或门XOR2,n-1的输出端分别和异或门XOR2,n-2的两个输入端连接，触发器D2,n-3的Q输出端、异或门XOR2,n-2的输出端分别和异或门XOR2,n-3的两个输入端连接，依此类推，触发器D2,1的Q输出端、异或门XOR2,2的输出端分别和异或门XOR2,1的两个输入端连接，异或门XOR2,1的输出端和触发器D2,1的D输入端连接，触发器D1,n 的Q输出端、触发器D2,n 的Q输出端分别和第二异或门XOR2的两个输入端连接，第三D触发器D3的Q输出端、第四D触发器D4的Q输出端、第五D触发器D5的Q输出端、第六D触发器D6的Q输出端、第二异或门XOR2的输出端分别和第三异或门XOR3的五个输入端连接，第三异或门XOR3的输出端、第七D触发器D7的Q输出端分别和第四异或门XOR4的两个输入端连接，第七D触发器D7的时钟信号输入端、第八D触发器D8的时钟信号输入端、第九D触发器D9的时钟信号输入端、第十D触发器D10的时钟信号输入端、第十一D触发器D11的时钟信号输入端分别和二分频器的输出端连接，第七D触发器D7的Q输出端和第八D触发器D8的D输入端连接，第八D触发器D8的Q输出端和第九D触发器D9的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端和第十D触发器D10的D输入端连接，第十D触发器D10的Q输出端和第十一D触发器D11的D输入端连接，第九D触发器D9的Q输出端、第十一D触发器D11的Q输出端分别和第五异或门XOR5的两个输入端连接，第四异或门XOR4的输出端、第五异或门XOR5的输出端分别和第六异或门XOR6的两个输入端连接，第六异或门XOR6的输出端和第七D触发器D7的D输入端连接，第四异或门XOR4的输出端为真随机序列发生器的输出端，输出真随机序列R(i)。
2.根据权利要求1所述的一种图像加密方法，其特征在于所述置乱方法采用Arnold置乱。
3.根据权利要求1或2所述的一种图像加密方法，其特征在于所述真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前先进行序列内数值换位。
4.根据权利要求1或2所述的一种图像加密方法，其特征在于所述真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前先进行序列内数值移位。
5.根据权利要求3所述的一种图像加密方法，其特征在于所述换位后的真随机序列在进行异或之前先进行移位。
6.根据权利要求1或2所述的一种图像加密方法，其特征在于将所述真随机序列任意截短成和置乱图像灰度值序列长度相同的序列后再与灰度值序列异或。
7.根据权利要求1或2所述的一种图像加密方法，其特征在于所述真随机序列在与置乱图像灰度值序列进行异或之前将序列中的一半0置为1，一半1置为0。
8.根据权利要求3所述的一种图像加密方法，其特征在于所述换位后的真随机序列任意截短成和置乱图像灰度值序列长度相同的序列后再与灰度值序列异或。
9.根据权利要求3所述的一种图像加密方法，其特征在于所述换位后的真随机序列在进行异或之前将序列中的一半0置为1，一半1置为0。
10.根据权利要求6所述的一种图像加密方法，其特征在于所述截短后的真随机序列在进行异或之前将序列中的一半0置为1，一半1置为0。
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