CN106599703A - 基于混合图元和混沌的多图像加密方法 - Google Patents
基于混合图元和混沌的多图像加密方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106599703A CN106599703A CN201611137863.9A CN201611137863A CN106599703A CN 106599703 A CN106599703 A CN 106599703A CN 201611137863 A CN201611137863 A CN 201611137863A CN 106599703 A CN106599703 A CN 106599703A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image
- encryption
- pure
- images
- chaos
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F21/00—Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
- G06F21/60—Protecting data
- G06F21/602—Providing cryptographic facilities or services
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Bioethics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Two-Way Televisions, Distribution Of Moving Picture Or The Like (AREA)
Abstract
一种基于混合图元和混沌的多图像加密方法,属于信息加密领域。大数据时代产生的海量数字图像,既要保证图像内容的安全性,又要有较高的加密效率。多图像加密作为一种新的多媒体安全技术,具有高效的特征。目前的一些多图像加密方法加密效率低,解密图像存在明显失真,难以令人满意。本发明将多幅原始图像组合成一幅大图像,并将其分割成纯图元集。利用混沌序列置乱纯图元,并重新组合成一幅大的置乱图像。将其分割成与原始图像等大小的图像,视为加密图像,用混沌序列作为加密图像的文件名。主要创新内容为:提出了一种基于混合图元和混沌的多图像加密方法。实验结果表明:该方法非常高效且安全,适用于实际的图像加密应用中。
Description
技术领域
本发明涉及一种信息加密技术,特别是涉及一种多图像加密方法。
背景技术
在诸多领域,每天都产生海量的数字图像,如军事侦探,自然灾害监控,交通监控,天气预报,电子政务,以及个人事务等。同时,近年,各种拍摄设备的大量涌现也加速了大数据时代的到来。例如:一台普通的单反相机每秒钟能拍摄3到5张图像,一个交通摄像头每天能采集成千张图像。在大数据时代,数字图像经常携带许多秘密信息。随着计算机和互联网的飞速发展,多媒体安全,特别是图像安全已成为学术界和工业界的重要挑战之一。
为确保图像的安全传输,研究者提出了许多种单幅图像加密方法。目前,主要的单幅图像加密方法包括:基于现代密码体制的图像加密方法,基于矩阵变换的图像加密方法,基于混沌的图像加密方法,基于变换域的图像加密方法和基于DNA计算的图像加密方法。
在大数据时代,尽管多幅图像可通过重复多次执行单幅图像加密方法来完成,但是加密效率往往难以令人满意。多图像加密(Multiple-image encryption,MIE)作为一种新的多媒体安全技术,具有高效的特征,逐渐引起人们的关注。研究者们提出了一些基于光学信息处理系统的多图像加密方法。这些方法大多是基于小波变换或傅里叶变换而设计,在频域中实现对多图像的加密,并常常与图像压缩技术结合。因此,解密图像往往存在一些明显的失真。同时,这些方法要求图像数据在空间域和变换域之间来回变换。从而使得这些方法的加密效率也难以令人满意。在基于数字信息处理手段方面,研究者们也提出了一些多图像加密方法,但它们大多运算复杂,加密效率仍难以令人满意。为提高加密效率和保证数字图像的安全传输,设计了一种基于混合图元和混沌的多图像加密方法。
发明内容
本发明的目的:针对现有多图像加密方法加密效率低或解密图像失真大的问题,提出一种基于混合图元和混沌的多图像加密方法。
本发明的技术方案:为实现上述发明目的,采用的技术方案为基于混合图元和分段线性混沌映射(Piecewise linear chaotic map,PWLCM)的多图像加密方法,包括如下步骤:
步骤1:组合待加密的k幅原始图像为一幅大图像;
步骤2:产生纯图元;
步骤3:产生混沌序列;
步骤4:置乱纯图元;
步骤5:产生一个大置乱图像;
步骤6:产生加密图像的文件名;
步骤7:将大置乱图像分割成加密图像;
步骤8:给接收方Bob发送加密图像。
进一步地,所述步骤1中,为加密k幅大小为m×n的原始图像I 1 m×n , I 2 m×n , …,I k m×n ,Alice 按照一定的规则将这k幅图像组合成一幅大图像。例如:若k=k 1+k 2,k 1, k 2是正整数,则大图像可为
(1)。
进一步地,所述步骤2中,Alice将大图像分割成大小为m 1×n 1的纯图元,如8×8,要求满足mod(m, m 1)=0和mod(n, n 1)=0。m 1×n 1的值与新方法的安全性息息相关。用户需要根据实际应用的安全需求,来选取合适的纯图元尺寸。
进一步地,所述步骤3中,PWLCM混沌系统可描述为:
, (2)
其中,x i∈(0, 1)和p∈(0, 0.5)为控制参数。Alice随机选取x 0∈(0, 1)和p 1∈(0,0.5)分别作为PWLCM混沌的初始值和控制参数。通过对公式(2)的k×l次混沌迭代,可得到一个混沌序列X={x i} k×l ,其中,l=(m/m 1)×(n/n 1)。类似地,随机地选取y 0∈(0, 1)和p 2∈(0, 0.5),可得到另外一个混沌序列Y={y i} k 。
进一步地,所述步骤4中,Alice对混沌序列X按照升序进行排列,可得到一个新的混沌序列={x t1, x t2, …, x tk×l }。因此,t 1, t 2, …, t k×l 是序列1, 2, …, k×l 的一个全排列。对所有的纯图元按照所在的原始位置从上到下从左到右进行编号,并按照全排列t 1, t 2, …, t k×l 调整纯图元的位置。得到置乱的纯图元集合,称为混合图元集。
进一步地,所述步骤5中,按照t 1, t 2, …, t k×l 的顺序,Alice将这些混合图元组合成一个大图像。然后,可得到一个大置乱图像。
进一步地,所述步骤6中,假设计算机的精度为10-14,计算
=floor(y i×10-14) , (3)
其中,i=1, 2, …, k;Alice可得到一个整数序列,作为加密图像的文件名。
进一步地,所述步骤7中,Alice把分割成k=k 1+k 2幅大小为m×n的图像I e1 m×n , I e2 m×n , …, I ek m×n 。它们的文件名为中的元素。这k幅图像视为新方法的加密图像。
进一步地,所述步骤8中,Alice发送I e1 m×n , I e2 m×n , …, I ek m×n 给Bob。PWLCM混沌系统的初始值x 0, y 0和控制参数p 1, p 2视为新方法的密钥。
所述解密过程为加密过程的逆过程。
有益效果:本发明针对现有的多图像加密方法,有的加密效率不高,有的解密图像存在一定程度的失真等缺点,难以令人满意,提出了一种基于混合图元和混沌的多图像加密方法。主要贡献有以下3点:(1)结合数字图像的特征,定义纯图元和混合图元的概念,建立混合图元模型;(2)利用混合图元模型,结合PWLCM混沌系统,提出了一种基于混合图元和混沌的多图像加密方法,实现对数字图像内容的保护;(3)提出的新方法,计算量小,加密效率高,密钥空间大,安全性好。
附图说明
图1:基于混合图元和混沌的多图像加密方法的加密流程图。
图2:原始图像。
图3:大图像。
图4:尺寸为32×32的混合图元。
图5:加密图像。
具体实施方式
下面结合具体附图和实例对本发明的实施方式进行进一步详细说明。
图1是基于混合图元和混沌的多幅图像加密方法的加密流程图。
采用的编程软件为Matlab R2012a,选取图2所示的9幅大小为512×512的灰色图像作为原始图像。采用基于混合图元和混沌的多图像加密方法,对原始图像进行加密的具体过程如下。
1. 组合待加密的9幅原始图像为一幅大图像,如图3所示。
2. 将大图像分割成大小为32×32的纯图元,产生纯图元集。
3. Alice随机选取PWLCM 混沌系统的初始值和控制参数为x 0=0.28153489126924,y 0= 0.46567899345427,p 1= 0.44537834013456和p 2=0.13184640452142,通过迭代可产生混沌序列X和Y。
4. 利用X置乱纯图元,得到一个混合图元集。
5. 组合混合图元,产生大置乱图像,如图4所示。
6. 对Y 进行处理,得到一个整数序列,其中的元素作为加密图像的文件名。
7. 将大置乱图像分割成9幅大小为512×512加密图像,如图5所示。
8. Alice发送加密图像给Bob。
在上述实例中,在已知密钥的情况下,利用同样的混沌序列作用于加密图像。Bob对加密图像进行上述加密过程的逆操作,即可实现对加密图像的解密,从而获得9幅原始图像。
Claims (10)
1.基于混合图元和混沌的多图像加密方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:组合原始图像为一幅大图像;
步骤2:产生纯图元;
步骤3:产生混沌序列;
步骤4:置乱纯图元;
步骤5:产生一个大置乱图像;
步骤6:产生加密图像的文件名;
步骤7:将大置乱图像分割成加密图像;
步骤8:给接收方Bob发送加密图像。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤1中,为加密k幅大小为m×n的原始图像I 1 m×n , I 2 m×n , …, I k m×n ,Alice 按照一定的规则将这k幅图像组合成一幅大图像;例如:若k=k 1+k 2,k 1, k 2是正整数,则大图像可为
(1)。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤2中,Alice将大图像分割成大小为m 1×n 1的纯图元,如8×8,要求满足mod(m, m 1)=0和mod(n, n 1)=0;m 1×n 1的值与新方法的安全性息息相关;用户需要根据实际应用的安全需求,来选取合适的纯图元尺寸。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤3中,分段线性混沌映射(Piecewise linear chaotic map,PWLCM)可描述为:
, (2)
其中,x i∈(0, 1)和p∈(0, 0.5)为控制参数;Alice随机选取x 0∈(0, 1)和p 1∈(0,0.5)分别作为PWLCM混沌的初始值和控制参数;通过对公式(2)的k×l次混沌迭代,可得到一个混沌序列X={x i} k×l ,其中,l=(m/m 1)×(n/n 1);类似地,随机地选取y 0∈(0, 1)和p 2∈(0, 0.5),可得到另外一个混沌序列Y={y i} k 。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤4中,Alice对混沌序列X按照升序进行排列,可得到一个新的混沌序列={x t1, x t2, …, x tk×l };因此,t 1, t 2, …,t k×l 是序列1, 2, …, k×l的一个全排列;对所有的纯图元按照所在的原始位置从上到下从左到右进行编号,并按照全排列t 1, t 2, …, t k×l 调整纯图元的位置;得到置乱的纯图元集合,称为混合图元集。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤5中,按照t 1, t 2, …, t k×l 的顺序,发送方Alice将这些混合图元组合成一个大图像;然后,可得到一个大置乱图像。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤6中,假设计算机的精度为10-14,计算
=floor(y i×10-14) , (3)
其中,i=1, 2, …, k;Alice可得到一个整数序列,作为加密图像的文件名。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤7中,Alice把分割成k=k 1+k 2幅大小为m×n的图像I e1 m×n , I e2 m×n , …, I ek m×n ;它们的文件名为中的元素;这k幅图像视为新方法的加密图像。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述步骤8中,Alice发送I e1 m×n , I e2 m×n ,…, I ek m×n 给Bob;PWLCM混沌系统的初始值x 0, y 0和控制参数p 1, p 2视为新方法的密钥。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:解密过程是加密的逆过程。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611137863.9A CN106599703A (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 基于混合图元和混沌的多图像加密方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201611137863.9A CN106599703A (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 基于混合图元和混沌的多图像加密方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106599703A true CN106599703A (zh) | 2017-04-26 |
Family
ID=58599123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201611137863.9A Withdrawn CN106599703A (zh) | 2016-12-12 | 2016-12-12 | 基于混合图元和混沌的多图像加密方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106599703A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107835333A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-03-23 | 上海理工大学 | 基于压缩感知关联成像的多图像加密方法 |
CN109150492A (zh) * | 2018-08-17 | 2019-01-04 | 中国矿业大学 | 基于三维置乱模型和混沌的多图像加密方法 |
CN109726577A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-05-07 | 首都师范大学 | 图像加密方法及装置 |
CN110945505A (zh) * | 2017-07-24 | 2020-03-31 | 三星电子株式会社 | 电子设备和控制电子设备的方法 |
CN111682930A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-18 | 中国矿业大学 | 基于混沌的位级音频加密方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6064738A (en) * | 1996-12-10 | 2000-05-16 | The Research Foundation Of State University Of New York | Method for encrypting and decrypting data using chaotic maps |
CN105447809A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-03-30 | 中国矿业大学 | 基于杂草模型的加密域图像可逆水印方法 |
CN105450899A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-03-30 | 中国矿业大学 | 基于pwlcm混沌的多幅图像加密方法 |
CN105554343A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 中国矿业大学 | 基于杂草模型的图像加密方法 |
CN105554344A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 中国矿业大学 | 基于混合图元的多幅图像加密方法 |
-
2016
- 2016-12-12 CN CN201611137863.9A patent/CN106599703A/zh not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6064738A (en) * | 1996-12-10 | 2000-05-16 | The Research Foundation Of State University Of New York | Method for encrypting and decrypting data using chaotic maps |
CN105447809A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-03-30 | 中国矿业大学 | 基于杂草模型的加密域图像可逆水印方法 |
CN105450899A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-03-30 | 中国矿业大学 | 基于pwlcm混沌的多幅图像加密方法 |
CN105554343A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 中国矿业大学 | 基于杂草模型的图像加密方法 |
CN105554344A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 中国矿业大学 | 基于混合图元的多幅图像加密方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
XINGYUAN WANG,DAHAI XU: "A novel image encryption scheme based on Brownian motion and PWLCM chaotic system", 《NONLINEAR DYNAMICS》 * |
张蓓,王顺宏等: "基于混沌的变参数数字图像加密方法", 《计算机测量与控制》 * |
朱贵良,马友: "基于混沌的混合图元加密算法研究", 《计算机应用》 * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110945505A (zh) * | 2017-07-24 | 2020-03-31 | 三星电子株式会社 | 电子设备和控制电子设备的方法 |
CN110945505B (zh) * | 2017-07-24 | 2023-09-05 | 三星电子株式会社 | 电子设备和控制电子设备的方法 |
CN107835333A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-03-23 | 上海理工大学 | 基于压缩感知关联成像的多图像加密方法 |
CN109150492A (zh) * | 2018-08-17 | 2019-01-04 | 中国矿业大学 | 基于三维置乱模型和混沌的多图像加密方法 |
CN109726577A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-05-07 | 首都师范大学 | 图像加密方法及装置 |
CN109726577B (zh) * | 2019-01-10 | 2020-08-18 | 首都师范大学 | 图像加密方法及装置 |
CN111682930A (zh) * | 2020-06-05 | 2020-09-18 | 中国矿业大学 | 基于混沌的位级音频加密方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Multiple-image encryption algorithm based on mixed image element and chaos | |
Ali et al. | A novel color image encryption scheme based on a new dynamic compound chaotic map and S-box | |
CN107659751B (zh) | 基于dna编码和混沌的多图像加密方法 | |
CN105681622B (zh) | 一种基于细胞神经网络超混沌和dna序列的彩色图像加密方法 | |
CN107659752B (zh) | 基于dna编码和混沌的多图像加密方法 | |
CN106599703A (zh) | 基于混合图元和混沌的多图像加密方法 | |
Touil et al. | Text encryption: hybrid cryptographic method using Vigenere and Hill Ciphers | |
Man et al. | A novel image encryption algorithm based on least squares generative adversarial network random number generator | |
CN106604040A (zh) | 基于混合图元和全排列的多图像加密方法 | |
Li et al. | An Image Encryption Scheme Based on The Three-dimensional Chaotic Logistic Map. | |
CN101739695A (zh) | 一种基于三维Arnold映射的图像分组加密方法 | |
Fu-Yan et al. | Image encryption using high-dimension chaotic system | |
CN111263026B (zh) | 基于立体置乱模型和分数阶傅里叶变换的多图像加密方法 | |
Liu et al. | A sensitive image encryption algorithm based on a higher-dimensional chaotic map and steganography | |
Wang et al. | New color image cryptosystem via SHA-512 and hybrid domain | |
Karolin et al. | Authentic secret share creation techniques using visual cryptography with public key encryption | |
CN113099069B (zh) | 基于三维螺旋模型的多图像加密方法 | |
Sun et al. | An image encryption algorithm utilizing Mandelbrot set | |
El Azzaby et al. | The coupling of a multiplicative group and the theory of chaos in the encryptions of images. | |
CN116827509A (zh) | 一种基于五维保守超混沌系统和位平面分割扩散的图像加密方法 | |
Tabash et al. | Image encryption algorithm based on chaotic map | |
CN116582623A (zh) | 基于混沌系统及dna动态编码的彩色图像加密方法 | |
Rahul et al. | Bio-Metric Based Colour-Image-Encryption using Multi-Chaotic Dynamical Systems and SHA-256 Hash Algorithm | |
Ye et al. | An image encryption scheme based on chaotic systems with changeable parameters | |
Ye | A highly secure image encryption scheme using compound chaotic maps |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20170426 |