CN108133446A

CN108133446A - 一种复合混沌二级置乱图像加密算法

Info

Publication number: CN108133446A
Application number: CN201611090824.8A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Qinzhou Jingtong Technology Co Ltd
Current assignee: Qinzhou Jingtong Technology Co Ltd
Priority date: 2016-12-01
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-06-08

Abstract

一种复合混沌二级置乱图像加密算法,属于加密技术领域，首先由Chebyshev映射产生Logistic映射的初始值,再由Logistic映射形成二维混沌矩阵,利用此矩阵对需要加密的图像进行位置和灰度的二级置乱。本发明利用利用Chebyshev映射和Logistic映射来交替产生混合混沌序列不但继承了单一Logistic映射混沌序列的特点,且改善了单一混沌序列的稳定窗现象,相比之下序列的随机特性更强,特别是本系统对加密密钥十分敏感,密钥的细微变化将直接导致位置和灰度矩阵的改变,从而使得解密失败,因此具有较高的安全性。

Description

一种复合混沌二级置乱图像加密算法

技术领域

本发明涉及加密技术领域，具体涉及一种复合混沌二级置乱图像加密算法。

背景技术

随着网络技术和多媒体技术的飞速发展,多媒体数据逐渐成为人们获取信息的重要来源,并成为人们生活的重要组成部分。然而,多媒体数据在网络环境中容易遭受人为攻击,如信息泄露、数据篡改及信息窃取等。因此,信息的安全性受到越来越多的关注。本文主要探讨有关数字图像信息安全的数字图像加密技术。

图像加密算法,目前主要分为图像像素点的位置置乱、灰度转化以及两者结合3大类。其中,位置置乱就是打乱了原数据的位置,将图像像素重新排列,其典型的算法有Arnold变换、伪魔方变换及m序列变换等,这些算法简单,但周期性计算时间长且无论经过多么复杂的变换,图像的灰度直方图不会发生变化,因此容易被统计分析的方法所破译。灰度转化则是通过某种方法改变原始图像像素值使图像变得不可认,目前大多数算法主要集中在混沌系统当中,比较典型的有Logistic映射、Chebyshev映射及正弦混沌映射等,但单一的离散混沌迭代系统存在密钥空间小,速度慢以及安全功能弱等缺点,且一次加密效果并不理想,往往仍能够分辨出轮廓来。复合离散混沌迭代系统,由于其动力学行为与复合序列及各个混沌迭代子系统的动力学行为有关,因此更加复杂且密钥空间大。

发明内容

本发明针对上述所要解决的问题，提供一种复合混沌二级置乱图像加密算法。

为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种复合混沌二级置乱图像加密算法, 由以下设计方法实现：（1）定义Logistic映射，在Logistic映射的作用下由初始值x₀所产生的序列中简单地取2个Logistic映射，利用Chebyshev映射和Logistic映射来交替产生混合混沌序列；Logistic映射定义为：x_i+1=ux_i(1-x_i) 其中,0＜u≤4称为分支参数,xi(0,1),i=0,1,2,3…,当分支参数3.5699456…0＜u≤4时,则Logistic映射工作于混沌态；Chebyshev映射定义为：x_i+1=cos(karccosx_i),i N，其定义区间为(-1,1),当参数k=5时,Chebyshev映射工作于混沌状态。

（2）加密算法、解密算法的实现；（1）由初始密钥经Chebyshev映射生成长度为图像列数N(或行数M)的混沌序列作为Logistic映射初始值{x_n,n=1,2,3,…,N},Chebyshev映射的迭代值域为(-1,1),应通过线性映射变换到Logistic初始参数(0,1)的变化区间；（2）取x₀={x_n,n=1,2,3,…,N},由每对u和x₀均产生一个长度为M(或N)的混沌序列{y_m,m=1,2,3,…,M},共得到N个长度为M的混沌序列；（3）由N个长度为M的混沌序列组成一个MxN的二维混沌矩阵Z,待加密图像I进行像素的位置置乱,找出Z中的最大值坐标(i,j),i为1,2,…,M,j为1,2,…,N，令I’(l,k)=I(i,j),l为1,2,3,!,M;k为1,2,3,!,N。同理,找出Z中的第二个最大值坐标并重复上述步骤,由于经过混沌变换后,加密图像的像素位置关系由原始图像的顺序排列变为混沌排列,从而得到一级位置置乱图像I’；（4）将二维混沌矩阵Z与一级位置置乱图像I’的各个像素值依次进行按位异或,生成二级灰度转化后的最终加密图像I’’。

解密算法与加密算法类似,是加密的对称逆过程,首先由初始密钥生成二维混沌矩阵Z,然后由加密图像进行一级灰度转化得到中间密图,再由中间密图通过二级位置反置乱即可恢复原始图像。

（5）生成密钥。加密密钥有2个:一个是Chebyshev映射的初始值x₀(-1,1);另一个是Logistic映射的控制参数u(3.5699456…,4)。

本发明具有以下优点：（1）像素的替代和置乱基于双一维混沌系统组合加密,克服了单一的一维混沌系统密钥空间不足,及其不能抵御相空间重构攻击的缺点；（2）解决了单一Logistic映射存在稳定窗的问题,避免了加密系统失败；（3）密图具有在整个取值空间均匀分布的特性,相邻像素相关性以及与原图的相似性几乎趋近于零；（4）对密钥极其敏感,相同的图像在密钥发生细微变化时都将导致加密图像有显著变化；（5）本发明算法虽然要经过2次混沌映射计算,但由于二级置乱所需密钥依赖于一级混沌加密结果,与一般单映射混沌加密系统相比,其计算量较小,速度快,适用于网络通信的实时图像加密。

具体实施方式

下列对本发明的实施作进一步的说明，以便本领域的技术人员能够更好的理解并实施。

实施例1

（2）加密算法、解密算法的实现：（1）由初始密钥经Chebyshev映射生成长度为图像列数N(或行数M)的混沌序列作为Logistic映射初始值{x_n,n=1,2,3,…,N},Chebyshev映射的迭代值域为(-1,1),应通过线性映射变换到Logistic初始参数(0,1)的变化区间；（2）取x₀={x_n,n=1,2,3,…,N},由每对u和x₀均产生一个长度为M(或N)的混沌序列{y_m,m=1,2,3,…,M},共得到N个长度为M的混沌序列；（3）由N个长度为M的混沌序列组成一个MxN的二维混沌矩阵Z,待加密图像I进行像素的位置置乱,找出Z中的最大值坐标(i,j),i为1,2,…,M,j为1,2,…,N，令I’(l,k)=I(i,j),l为1,2,3,!,M;k为1,2,3,!,N。同理,找出Z中的第二个最大值坐标并重复上述步骤,由于经过混沌变换后,加密图像的像素位置关系由原始图像的顺序排列变为混沌排列,从而得到一级位置置乱图像I’；（4）将二维混沌矩阵Z与一级位置置乱图像I’的各个像素值依次进行按位异或,生成二级灰度转化后的最终加密图像I’’。

（3）生成密钥，加密密钥有2个:一个是Chebyshev映射的初始值x₀(-1,1);另一个是Logistic映射的控制参数u(3.5699456…,4)。

以上所述仅是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种复合混沌二级置乱图像加密算法,其特征在于,由以下设计方法实现：

定义Logistic映射，在Logistic映射的作用下由初始值x₀所产生的序列中简单地取2个Logistic映射，利用Chebyshev映射和Logistic映射来交替产生混合混沌序列；

加密算法、解密算法的实现；

生成密钥。

2.如权利要求1中所述的复合混沌二级置乱图像加密算法，其特征在于，所述Logistic映射定义为：x_i+1=ux_i(1-x_i) 其中,0＜u≤4称为分支参数,xi(0,1),i=0,1,2,3…,当分支参数3.5699456…，0＜u≤4时,则Logistic映射工作于混沌态。

3.如权利要求1中所述的复合混沌二级置乱图像加密算法，其特征在于，所述Chebyshev映射定义为：x_i+1=cos(karccosx_i),i N，其定义区间为(-1,1),当参数k=5时,Chebyshev映射工作于混沌状态。

4.如权利要求1中所述的复合混沌二级置乱图像加密算法，其特征在于，所述加密算法的实现方法为：

由初始密钥经Chebyshev映射生成长度为图像列数N(或行数M)的混沌序列作为Logistic映射初始值{x_n,n=1,2,3,…,N},Chebyshev映射的迭代值域为(-1,1),应通过线性映射变换到Logistic初始参数(0,1)的变化区间；

取x₀={x_n,n=1,2,3,…,N},由每对u和x₀均产生一个长度为M(或N)的混沌序列{y_m,m=1,2,3,…,M},共得到N个长度为M的混沌序列；

由N个长度为M的混沌序列组成一个MxN的二维混沌矩阵Z,待加密图像I进行像素的位置置乱,找出Z中的最大值坐标(i,j),i为1,2,…,M,j为1,2,…,N，令I’(l,k)=I(i,j),l为1,2,3,!,M;k为1,2,3,!,N;

同理,找出Z中的第二个最大值坐标并重复上述步骤,由于经过混沌变换后,加密图像的像素位置关系由原始图像的顺序排列变为混沌排列,从而得到一级位置置乱图像I’；

将二维混沌矩阵Z与一级位置置乱图像I’的各个像素值依次进行按位异或,生成二级灰度转化后的最终加密图像I’’。

5.如权利要求1中所述的复合混沌二级置乱图像加密算法，其特征在于，所述解密算法与加密算法类似,是加密的对称逆过程,首先由初始密钥生成二维混沌矩阵Z,然后由加密图像进行一级灰度转化得到中间密图,再由中间密图通过二级位置反置乱即可恢复原始图像。

6.如权利要求1中所述的复合混沌二级置乱图像加密算法，其特征在于，所述加密密钥有2个:一个是Chebyshev映射的初始值x₀(-1,1);另一个是Logistic映射的控制参数u(3.5699456…,4)。