CN112422269A - 一种组合混沌伪随机数发生器及其数字图像加密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及混沌系统应用领域和数字图像加密技术领域，特别是涉及一种基于组合混沌伪随机数发生器及其数字图像加密方法。其中加密方法包括：获取原始图像的尺寸、通道数以及各采样点的像素值组成的图像矩阵；根据所述原始图像的尺寸、通道数、图像矩阵和预设第一变换算法，确定灰度图像矩阵；根据所述灰度图像矩阵和预设第一扩散算法，确定扩散图像矩阵等步骤。本发明的有益技术效果在于：所述组合混沌伪随机数发生器在计算机等有限精度平台上不易退化，对系统控制参数和初值变化的敏感性高，产生的伪随机序列周期长随机性强。加密方法的密钥空间大，对明文图像微小变化的敏感性高，对brute–force攻击、差分攻击等各种攻击手段的抵抗性强，安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及混沌系统应用领域和数字图像加密技术领域，特别是涉及一种基于组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法。
背景技术
图像加密是保护数字图像在公开信道中传输时免受攻击的一种直接而有效的方法。近年来随着计算机和通信技术的发展，尤其是网络带宽的急速增长，主要由图像和视频组成的多媒体信息逐步取代传统的文本信息成为了互联网中信息交换的主力军。在这一背景下，图像加密技术在个人隐私保护、商业机密保护乃至国防安全与军事领域都扮演着相当重要的角色。
由于混沌系统具有对初值的极度敏感性以及不可预测性等一系列良好的性质，现有的图像加密算法大多基于混沌系统来构建，这导致算法的安全性很大程度上依赖于其底层使用的混沌系统的性能。然而，现有的一些常用混沌系统直接应用于图像加密时普遍存在一些问题：首先，混沌系统总是定义在实数域上，当在计算机等有限精度平台上实现时，系统可能会退化为非混沌状态，导致随机性的消失；其次，现有混沌系统的可用参数范围大多有限且狭窄，这导致加密算法的密钥空间相对较小；最后，现有混沌系统的均匀性较差，不能生成均匀分布的随机数，而均匀随机源对与图像加密算法是非常重要的。上述缺陷导致基于混沌系统构建的某些图像加密算法的安全性相对较差，在实际应用中容易遭受各种攻击。
发明内容
本发明的目的在于：
提供一种基于组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密系统，通过将两种现有的一维混沌系统进行组合，并利用模运算和拉伸函数进行变换，以提升基于混沌系统构建的图像加密算法的安全性，增强加密图像的随机性，提高图像加密系统抵抗已知明文攻击、选择明文攻击、已知密文攻击和选择密文攻击的能力。
本发明的具体技术方案如下：
1、一种组合混沌伪随机数发生器，其特征在于，所述装置包括：
第一种子映射模块，所述模块根据组合混沌系统当前时刻的状态值以及预设控制参数，计算第一混沌系统下一时刻的状态值；
第二种子映射模块，所述模块根据组合混沌系统当前时刻的状态值以及预设控制参数，计算第二混沌系统下一时刻的状态值；
组合模块，所述模块对所述第一、第二种子映射输出的状态值进行组合；
第一取模模块，所述模块对组合模块的组合状态值进行取模操作，确定其小数部分；
拉伸模块，所述模块根据预设拉伸函数，对组合模块的组合状态值的小数部分进行拉伸操作，确定拉伸值；
第二取模模块，所述模块对拉伸值进行取模操作，确定所述组合混沌系统下一时刻的状态值。
进一步的，所述第一混沌系统为现有的任何一种一维混沌系统，包括但不限于Logistic映射、Tent映射、Sine映射、Chebyshev映射和Gauss映射；所述第二混沌系统为现有的任何一种一维混沌系统，包括但不限于Logistic映射、Tent映射、Sine映射、Chebyshev映射和Gauss映射。
进一步的，所述组合模块进行组合的方式包括但不限于加法、减法、乘法、除法、指数运算、对数运算、级联和调制。
进一步的，所述第一取模模块的拉伸函数为任何一种在单位区间上导数大于1的函数。
一种基于所述的组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法，所述方法包括如下步骤：
(5.1)获取原始图像的尺寸、通道数以及各采样点的像素值组成的图像矩阵；
(5.2)根据所述原始图像的尺寸、通道数、图像矩阵和预设第一变换算法，确定灰度图像矩阵；
(5.3)根据所述灰度图像矩阵和预设第一扩散算法，确定扩散图像矩阵；
(5.4)根据所述扩散图像矩阵、所述组合混沌伪随机数发生器和预设第一置乱算法，确定置乱图像矩阵；
(5.5)根据所述置乱图像矩阵、所述组合混沌伪随机数发生器和预设第二扩散算法，确定灰度加密图像矩阵；
(5.6)根据所述原始图像的尺寸、通道数、所述灰度加密图像矩阵和预设第二变换算法，确定加密图像矩阵。
进一步的，所述步骤(5.2)具体包括：
(1)根据所述原始图像的尺寸、通道数和图像矩阵，确定原始图像的每个通道对应的单通道图像矩阵；
(2)将所述原始图像的每个通道对应的单通道图像矩阵进行水平连接，得到所述灰度图像矩阵。
进一步的，所述步骤(5.3)具体包括：
(1)从第一行开始，依次将所述灰度图像矩阵的每一行与其相邻的后一行的对应元素作按位异或运算，同时从最后一行开始，依次将所述灰度图像矩阵的每一行与其相邻的前一行的对应元素作加法运算，确定行扩散矩阵；
(2)从第一列开始，依次将所述行扩散矩阵的每一列与其相邻的后一列的对应元素作按位异或运算，同时从最后一列开始，依次将所述行扩散矩阵的每一列与其相邻的前一列的对应元素作加法运算，确定所述扩散图像矩阵。
进一步的，所述步骤(5.4)具体包括：
(1)根据所述扩散图像矩阵的尺寸和所述组合混沌伪随机数发生器，确定第一、第二混沌矩阵；
(2)根据所述扩散图像矩阵、所述第一、第二混沌矩阵和四个元素的九种错位排列方式，确定所述置乱图像矩阵。
进一步的，所述步骤(5.5)具体包括：
(1)将所述置乱图像矩阵平均分割为上下两个部分；
(2)根据所述置乱图像矩阵的下半部分和预设指纹生成算法，确定所述置乱图像矩阵下半部分的指纹；
(3)根据所述置乱图像矩阵下半部分的指纹、所述置乱图像矩阵的上半部分的尺寸和所述组合混沌伪随机数发生器，确定第三混沌矩阵；
(4)根据所述第三混沌矩阵、所述置乱图像矩阵的上半部分和预设第二扩散算法，确定所述灰度加密图像矩阵的下半部分；
(5)根据所述灰度加密图像矩阵的下半部分和预设指纹生成算法，确定灰度加密图像矩阵的下半部分的指纹；
(6)根据所述灰度加密图像矩阵的下半部分的指纹、所述置乱图像矩阵的下半部分的尺寸和所述组合混沌伪随机数发生器，确定第四混沌矩阵；
(7)根据所述第四混沌矩阵、所述置乱图像矩阵的下半部分和预设第二扩散算法，确定所述灰度加密图像矩阵的上半部分；
(8)将所述灰度加密图像矩阵的上半部分和下半部分进行纵向连接，得到所述灰度加密图像矩阵。
进一步的，所述步骤(5.6)具体包括：
(1)根据所述原始图像的尺寸对所述灰度加密图像矩阵进行水平分割，确定所述加密图像矩阵的每个通道对应的单通道图像矩阵；
(2)将所述加密图像矩阵的每个通道对应的单通道图像矩阵进行组合，得到所述加密图像矩阵。
本发明的有益技术效果如下：
1、本发明的组合混沌伪随机数发生器在计算机等有限精度平台上不易退化，对系统控制参数和初值变化的敏感性高，参数取值范围广；
2、本发明的组合混沌伪随机数发生器产生的伪随机序列周期长，分布均匀，随机性强。
3、本发明的基于组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法的密钥空间大，对明文图像微小变化的敏感性高，对brute-force攻击、差分攻击等各种攻击手段的抵抗性强，安全性高。
4、本发明的基于组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法软硬件实现难度低，加密效率高。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种组合混沌伪随机数发生器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。
第一方面，本发明实施例提供了一种组合混沌伪随机数发生器，该装置能够将现有的两种一维混沌系统进行组合，并利用模运算和拉伸函数进行变换，从而减弱有限精度效应对混沌系统的不利影响，扩大混沌系统的参数范围，改善混沌系统的均匀性，最终提升基于混沌系统构建的图像加密算法的安全性。如图1所示，该装置的结构如下：
第一种子映射模块100，用于根据组合混沌系统当前时刻的状态值以及预设控制参数，计算第一混沌系统下一时刻的状态值。
具体的，该第一混沌系统可以为现有的任何一种一维混沌系统，如Logistic映射、Tent映射、Sine映射、Chebyshev映射和Gauss映射等，本实施例不做限定。
可选的，本实施例以Logistic映射为例进行说明，所述第一种子映射模块100根据下列(1)式计算第一混沌系统下一时刻的状态值：
xt+1＝4r1zt(1-zt)#(1)
其中t为时间，zt表示所述组合混沌系统在t时刻的状态值，xt+1表示所述第一混沌系统下一时刻的状态值，r1为控制参数。特别的，系统初值z0和控制参数r1为预设值，在所述图像加密系统中作为密钥。
第二种子映射模块110，用于根据组合混沌系统当前时刻的状态值以及预设控制参数，计算第二混沌系统下一时刻的状态值。
具体的，与所述第一混沌系统相同，该第二混沌系统可以为现有的任何一种一维混沌系统，本实施例不做限定。
特别的，所述第二混沌系统可与所述第一混沌系统选用同一种一维混沌系统。
可选的，本实施例以Sine映射为例进行说明，所述第二种子映射模块110根据下列(2)式计算第二混沌系统下一时刻的状态值：
yt+1＝r2 sin(πzt)#(2)
其中t为时间，zt表示所述组合混沌系统在t时刻的状态值，yt+1表示所述第二混沌系统下一时刻的状态值，r2为控制参数。特别的，系统初值z0和控制参数r2为预设值，在所述图像加密系统中作为密钥。
组合模块120，用于对所述两个种子映射输出的状态值进行组合。
具体的，组合方式可以为加法、减法、乘法、除法、指数运算、对数运算、级联和调制等，本实施例不做限定。
可选的，本实施例以加法组合为例进行说明，所述组合模块120根据下列(3)式计算所述两个种子映射输出的状态值的组合：
st+1＝xt11+yt11#(3)
其中st+1为所述两个种子映射输出状态值的加法组合值。
第一取模模块130，用于对所述组合状态值进行取模操作，确定其小数部分。
在实施中，第一取模模块130根据下列(4)式对所述组合状态值进行取模操作：
其中
表示所述组合状态值的小数部分。
拉伸模块140，用于根据预设拉伸函数对所述组合状态值的小数部分进行拉伸操作，确定拉伸值。
具体的，该拉伸函数可以为任何一种在单位区间[0,1]上导数大于1的函数，本实施例不做限定。
可选的，本实施例以二次函数为例进行说明，所述拉伸模块140根据下列(5)式计算所述拉伸值：
其中
为所述拉伸值。
第二取模模块150，用于对所述拉伸值进行取模操作，确定所述组合混沌系统下一时刻的状态值。
在实施中，第二取模模块150根据下列(6)式对所述组合状态值进行取模操作：
其中zt+1表示组合混沌系统下一时刻的状态值。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密系统。该系统既充分发挥了混沌系统对初值的极度敏感性以及不可预测性等优势，又有效规避了常用混沌系统对有限精度效应敏感、可用参数范围狭窄以及均匀性差等劣势，提升了基于混沌系统构建的图像加密算法的安全性，增强了加密图像的随机性，提高了图像加密系统抵抗已知明文攻击、选择明文攻击、已知密文攻击和选择密文攻击的能力。该方法的执行主体可以是手机、电脑等通信终端设备。
下面将结合图2，详细描述该方法的执行过程：
步骤200：获取原始图像的尺寸、通道数以及各采样点的像素值组成的图像矩阵。
在实施中，用户在终端打开对应的应用程序，然后选择需要加密传输的图像，终端从本地存储或者网络存储中加载该图像到内存中，从而获取到所述原始图像的尺寸、通道数以及各采样点的像素值组成的图像矩阵，并开始对该图像进行加密处理。
步骤210：根据所述原始图像的尺寸、通道数、图像矩阵和预设第一变换算法，确定灰度图像矩阵。
在实施中，终端通过预设第一变换算法将多通道的彩色原始图像变换为单通道灰度图像。具体的，该第一变换算法可以按照任何一种确定的规则将不同通道的像素值进行排列以得到所述灰度图像矩阵，本实施例不做限定。
可选的，本实施例以常见的RGB三通道彩色图像以及水平连接的方式为例进行说明，具体的处理过程如下：
步骤一，对所述原始图像的图像矩阵进行颜色分解，分别确定R、G、B三个通道各自对应的单通道图像矩阵，这三个单通道图像矩阵应当具有相同的尺寸；
步骤二，将G通道对应的图像矩阵在水平方向上连接到R通道对应的图像矩阵的右边，再将B通道对应的图像矩阵在水平方向上连接到G通道对应的图像矩阵的右边，得到所述原始图像对应的灰度图像矩阵。
特别的，如果原始图像原本就是单通道灰度图像，则步骤210不做任何变化，直接输出原始图像矩阵作为所述灰度图像矩阵。
步骤220：根据所述灰度图像矩阵和预设第一扩散算法，确定扩散图像矩阵。
在实施中，终端通过预设第一扩散算法对所述灰度图像矩阵进行扩散操作得到扩散图像矩阵。具体的，该第一扩散算法可以为任意一种不依赖于外部熵源的图像自扩散算法，本实施例不做限定。
可选的，本实施例以行列双向扩散为例，具体的处理过程如下：
步骤一，从第一行开始，根据下列(7)式依次将所述灰度图像矩阵的每一行与其相邻的后一行的对应元素作按位异或运算，同时从最后一行开始，根据下列(8)式依次将所述灰度图像矩阵的每一行与其相邻的前一行的对应元素作加法运算，确定行扩散矩阵；
其中Pi,j表示所述灰度图像矩阵第i行第j列的元素，
为所述行扩散矩阵，M为矩阵P的行数值，F表示所述灰度图像的颜色深度。
步骤二，从第一列开始，根据下列(9)式依次将所述行扩散矩阵的每一列与其相邻的后一列的对应元素作按位异或运算，同时从最后一列开始，根据下列(10)式依次将所述行扩散矩阵的每一列与其相邻的前一列的对应元素作加法运算，确定所述扩散图像矩阵。
其中H为所述扩散图像矩阵，N为矩阵P的列数值。
步骤230：根据所述扩散图像矩阵、所述组合混沌伪随机数发生器和预设第一置乱算法，确定置乱图像矩阵。
在实施中，终端预先存储所述组合混沌伪随机数发生器生成的大量随机数，或者在加密过程中向所述组合混沌伪随机数发生器动态请求一定数量的随机数，然后根据预设第一置乱算法对所述扩散图像矩阵进行置乱操作。具体的处理过程如下：
步骤一，终端利用所述组合混沌伪随机数发生器生成的随机数构建第一混沌矩阵C(1)和第二混沌矩阵C(2)，并对两个混沌矩阵中的元素进行变换使得
其中M和N分别为所述扩散图像矩阵的行数值和列数值；
步骤二，从所述扩散图像矩阵的第一个像素H1,1开始进行置乱处理，此时i＝j＝1；
步骤三，记
此时根据i,j,ic,jc的取值分如下四种情形处理：
情形一：如果i＝ic并且j＝jc，转步骤六；
情形二：如果i＝ic并且j≠jc，交换Hi,j和Hi,jc，转步骤六；
情形三：如果i≠ic并且j＝jc，交换Hi,j和Hic,j，转步骤六；
情形四：如果i≠ic并且j≠jc，从所述扩散图像矩阵H中选出四个元素组成如下列(11)式所示的序列，然后转步骤四：
步骤四，根据下列(12)-(13)式对序列
中的元素进行重新排列：
其中
为四元错位排列函数，该函数根据错位排列编码k输出序列
的一个错位排列
四个元素的错位排列方式共9种，函数
按照某种确定的规则对这9中排列方式进行编码即可，本实施例不做限定。k的值由下列(13)式确定：
k＝(ic+jc)mod 9#(13)
步骤五，利用所述错位排列
中的四个元素对步骤三情形四中所述扩散图像矩阵H中选择的四个元素按照位置对应关系进行替换；
步骤六，按照从左到右、从上到下的顺序更新索引i,j的值，以处理下一个像素；
步骤七，重复步骤三～步骤六直到所述扩散图像矩阵H中的所有元素都进行了处理，得到所述置乱图像矩阵。
步骤240：根据所述置乱图像矩阵、所述组合混沌伪随机数发生器和预设第二扩散算法，确定灰度加密图像矩阵。
在实施中，终端预先存储所述组合混沌伪随机数发生器生成的大量随机数，或者在加密过程中向所述组合混沌伪随机数发生器动态请求一定数量的随机数，然后根据预设第二扩散算法对所述置乱图像矩阵进行扩散操作。具体的处理过程如下：
步骤一，将所述置乱图像矩阵平均分割为上下两个部分；
步骤二，根据所述置乱图像矩阵的下半部分通过下列(14)式确定所述置乱图像矩阵下半部分的指纹：
其中L表示所述置乱图像矩阵的下半部分，M和N分别是其行数值和列数值，ε1表示所述置乱图像矩阵下半部分的指纹。
步骤三，将所述置乱图像矩阵下半部分的指纹作为所述组合混沌伪随机数发生器的初值，然后向所述组合混沌伪随机数发生器请求一定数量的随机数，构建第三混沌矩阵。该混沌矩阵应当与所述置乱图像矩阵的上半部分的尺寸相同；
步骤四，从所述灰度加密图像矩阵的下半部分的第一个像素
开始计算，此时i＝j＝1；
步骤五，根据下列(15)-(16)式确定当前像素在所述灰度加密图像矩阵的下半部分中的邻居索引：
i-＝(i-2 mod M)+1#(15)
j-＝(j-2 mod N)+1#(16)
其中M和N分别是所述灰度加密图像矩阵的下半部分的行数值和列数值，i-是当前像素上方相邻行的索引，j-是当前像素左边相邻列的索引；
步骤六，根据下列(17)式计算所述灰度加密图像矩阵的下半部分在(i,j)位置的像素值：
其中
为所述灰度加密图像矩阵的下半部分，U为所述置乱图像矩阵的上半部分，F为所述灰度加密图像矩阵的颜色深度，
为所述第三混沌矩阵。
步骤七，按照之字形路线更新索引i,j的值，以计算所述灰度加密图像矩阵的下半部分中的下一个像素；
步骤八，重复步骤五～步骤七直到所述灰度加密图像矩阵的下半部分中的所有像素均被确定。
步骤九，将所述灰度加密图像矩阵的下半部分的指纹作为所述组合混沌伪随机数发生器的初值，然后向所述组合混沌伪随机数发生器请求一定数量的随机数，构建第四混沌矩阵。该混沌矩阵应当与所述置乱图像矩阵的下半部分的尺寸相同；
步骤十，从所述灰度加密图像矩阵的上半部分的第一个像素
开始计算，此时i＝j＝1；
步骤十一，根据(15)-(16)式确定当前像素在所述灰度加密图像矩阵的上半部分中的邻居索引；
步骤十二，根据下列(18)式计算所述灰度加密图像矩阵的上半部分在(i,j)位置的像素值：
其中
为所述灰度加密图像矩阵的上半部分，L为所述置乱图像矩阵的下半部分，F为所述灰度加密图像矩阵的颜色深度，
为所述第四混沌矩阵。
步骤十三，按照之字形路线更新索引i,j的值，以计算所述灰度加密图像矩阵的上半部分中的下一个像素；
步骤十四，重复步骤十一～步骤十三直到所述灰度加密图像矩阵的上半部分中的所有像素均被确定。
步骤十五，将所述灰度加密图像矩阵的上半部分和下半部分进行纵向连接，确定所述灰度加密图像矩阵。
步骤250：根据所述原始图像的尺寸、通道数、所述灰度加密图像矩阵和预设第二变换算法，确定加密图像矩阵。
在实施中，终端通过预设第二变换算法将单通道的灰度加密图像矩阵按照原始图像的格式变换为多通道彩色图像矩阵，该预设第二变换算法应当与所述预设第一变换算法相对应。
可选的，本实施例以步骤210中描述的预设第一变换算法的逆过程为例进行说明，具体的处理过程如下：
步骤一，将所述灰度加密图像矩阵在水平方向上平均分成三个部分，分别对应所述加密图像矩阵的R、G、B三个通道的单通道图像矩阵；
步骤二，所述加密图像矩阵的R、G、B三个通道的单通道图像矩阵进行颜色混合，确定所述加密图像矩阵。
特别的，如果原始图像原本就是单通道灰度图像，则步骤250不做任何变化，直接输出所述灰度加密图像矩阵作为所述加密图像矩阵。
Claims (10)
1.一种组合混沌伪随机数发生器，其特征在于，所述装置包括：
第一种子映射模块，所述模块根据组合混沌系统当前时刻的状态值以及预设控制参数，计算第一混沌系统下一时刻的状态值；
第二种子映射模块，所述模块根据组合混沌系统当前时刻的状态值以及预设控制参数，计算第二混沌系统下一时刻的状态值；
组合模块，所述模块对所述第一、第二种子映射输出的状态值进行组合；
第一取模模块，所述模块对组合模块的组合状态值进行取模操作，确定其小数部分；
拉伸模块，所述模块根据预设拉伸函数，对组合模块的组合状态值的小数部分进行拉伸操作，确定拉伸值；
第二取模模块，所述模块对拉伸值进行取模操作，确定所述组合混沌系统下一时刻的状态值。
2.根据权利要求1所述的一种组合混沌伪随机数发生器，其特征在于：
所述第一混沌系统为现有的任何一种一维混沌系统，包括但不限于Logistic映射、Tent映射、Sine映射、Chebyshev映射和Gauss映射；所述第二混沌系统为现有的任何一种一维混沌系统，包括但不限于Logistic映射、Tent映射、Sine映射、Chebyshev映射和Gauss映射。
3.根据权利要求1所述的一种组合混沌伪随机数发生器，其特征在于：
所述组合模块进行组合的方式包括但不限于加法、减法、乘法、除法、指数运算、对数运算、级联和调制。
4.根据权利要求1所述的一种组合混沌伪随机数发生器，其特征在于：
所述第一取模模块的拉伸函数为任何一种在单位区间上导数大于1的函数。
5.一种基于权利要求1所述的组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(5.1)获取原始图像的尺寸、通道数以及各采样点的像素值组成的图像矩阵；
(5.2)根据所述原始图像的尺寸、通道数、图像矩阵和预设第一变换算法，确定灰度图像矩阵；
(5.3)根据所述灰度图像矩阵和预设第一扩散算法，确定扩散图像矩阵；
(5.4)根据所述扩散图像矩阵、所述组合混沌伪随机数发生器和预设第一置乱算法，确定置乱图像矩阵；
(5.5)根据所述置乱图像矩阵、所述组合混沌伪随机数发生器和预设第二扩散算法，确定灰度加密图像矩阵；
(5.6)根据所述原始图像的尺寸、通道数、所述灰度加密图像矩阵和预设第二变换算法，确定加密图像矩阵。
6.根据权利要求5所述的组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法，其特征在于，所述步骤(5.2)具体包括：
(1)根据所述原始图像的尺寸、通道数和图像矩阵，确定原始图像的每个通道对应的单通道图像矩阵；
(2)将所述原始图像的每个通道对应的单通道图像矩阵进行水平连接，得到所述灰度图像矩阵。
7.根据权利要求5所述的组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法，其特征在于，所述步骤(5.3)具体包括：
(1)从第一行开始，依次将所述灰度图像矩阵的每一行与其相邻的后一行的对应元素作按位异或运算，同时从最后一行开始，依次将所述灰度图像矩阵的每一行与其相邻的前一行的对应元素作加法运算，确定行扩散矩阵；
(2)从第一列开始，依次将所述行扩散矩阵的每一列与其相邻的后一列的对应元素作按位异或运算，同时从最后一列开始，依次将所述行扩散矩阵的每一列与其相邻的前一列的对应元素作加法运算，确定所述扩散图像矩阵。
8.根据权利要求5所述的组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法，其特征在于，所述步骤(5.4)具体包括：
(1)根据所述扩散图像矩阵的尺寸和所述组合混沌伪随机数发生器，确定第一、第二混沌矩阵；
(2)根据所述扩散图像矩阵、所述第一、第二混沌矩阵和四个元素的九种错位排列方式，确定所述置乱图像矩阵。
9.根据权利要求5所述的组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法，其特征在于，所述步骤(5.5)具体包括：
(1)将所述置乱图像矩阵平均分割为上下两个部分；
(2)根据所述置乱图像矩阵的下半部分和预设指纹生成算法，确定所述置乱图像矩阵下半部分的指纹；
(3)根据所述置乱图像矩阵下半部分的指纹、所述置乱图像矩阵的上半部分的尺寸和所述组合混沌伪随机数发生器，确定第三混沌矩阵；
(4)根据所述第三混沌矩阵、所述置乱图像矩阵的上半部分和预设第二扩散算法，确定所述灰度加密图像矩阵的下半部分；
(5)根据所述灰度加密图像矩阵的下半部分和预设指纹生成算法，确定灰度加密图像矩阵的下半部分的指纹；
(6)根据所述灰度加密图像矩阵的下半部分的指纹、所述置乱图像矩阵的下半部分的尺寸和所述组合混沌伪随机数发生器，确定第四混沌矩阵；
(7)根据所述第四混沌矩阵、所述置乱图像矩阵的下半部分和预设第二扩散算法，确定所述灰度加密图像矩阵的上半部分；
(8)将所述灰度加密图像矩阵的上半部分和下半部分进行纵向连接，得到所述灰度加密图像矩阵。
10.根据权利要求5所述的组合混沌伪随机数发生器的数字图像加密方法，其特征在于，所述步骤(5.6)具体包括：
(1)根据所述原始图像的尺寸对所述灰度加密图像矩阵进行水平分割，确定所述加密图像矩阵的每个通道对应的单通道图像矩阵；
(2)将所述加密图像矩阵的每个通道对应的单通道图像矩阵进行组合，得到所述加密图像矩阵。
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| CN202011244338.3A CN112422269A (zh) | 2020-11-10 | 2020-11-10 | 一种组合混沌伪随机数发生器及其数字图像加密方法 |
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