CN115766962A - 一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法 - Google Patents

一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法 Download PDF

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CN115766962A CN202211275457.4A CN202211275457A CN115766962A CN 115766962 A CN115766962 A CN 115766962A CN 202211275457 A CN202211275457 A CN 202211275457A CN 115766962 A CN115766962 A CN 115766962A
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张泽峰
黄丽莲
杨睿哲
张丰源
何宗雨
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Harbin Engineering University
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Abstract

本发明提供一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，包括：构建五维保守超混沌系统；基于明文图像生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列；根据第一次置乱使用的混沌伪随机序列对明文图像进行置乱；基于所述第一次置乱图生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列；根据所述正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列对第一次置乱图像进行扩散；基于所述扩散图生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列；根据第二次置乱使用的混沌伪随机序列对扩散图进行置乱，生成密文图像。本发明利用系统的宽初值范围设计多密钥图像加密算法，解决了密钥泄露问题和混沌序列利用率问题，从而提高图像加密的安全性。

Description

一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法
技术领域
本发明涉及图像加密技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法。
背景技术
混沌行为因为具有初值敏感性、遍历性和不可预测性等特征，十分适合应用于加密领域。随着移动网络的普及，以图像为信息载体的互联网内容传播方式迅速发展，不可避免的带来了信息泄露问题。基于混沌理论的图像加密算法受到越来越多学者的关注，成为图像保护技术中的一个热门课题。
目前常用于图像加密的混沌系统是耗散混沌系统，但是它有吸引子容易被攻击者重构从而导致加密算法被破解。
近几年有学者用保守混沌来替代耗散混沌，保守混沌是整数维，没有吸引子，遍历性更好，无法被重构攻击，安全性更好，更适合应用于图像加密和保密通信等领域。目前主流的图像加密算法以改进置乱和扩散方法为主，根据一次一密原则对密钥进行改进的图像加密方案较少，且多数是单密钥或者是多个加密步骤共用一个密钥，但由于采用单密钥或者多个加密步骤共用一个密钥的加密方式，导致存在一定的安全隐患，容易破解。例如，公告号为CN109803063A的中国发明专利，公开了“一种基于五维超混沌系统的图像加密方法”，其通过五维耗散混沌系统产生混沌序列，利用其中的四个随机序列对图像进行加密。此种方法只使用了一组密钥，此加密方法存在密钥单一容易泄露的问题，同时混沌序列利用不够充分，没有完全发挥混沌系统在图像加密领域的优势，造成了资源浪费。
发明内容
本发明提供一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，利用系统的宽初值范围设计多密钥图像加密算法，旨在解决密钥泄露问题和混沌序列利用率问题，以提高图像加密的安全性，为保守混沌应用于加密领域提供新的思路。
本发明采用的技术手段如下：
本发明公开了一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，包括以下步骤：
构建五维保守超混沌系统；
获取待加密的明文图像，基于所述明文图像计算第一哈希值，基于所述第一哈希值生成第一密钥序列；
通过第一密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第一初值；将所述第一初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列；
根据第一次置乱使用的混沌伪随机序列对明文图像进行置乱，生成第一次置乱图；
基于所述第一次置乱图计算第二哈希值，基于所述第二哈希值生成第二密钥序列；
通过第二密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第二初值；将所述第二初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列；
根据所述正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列对第一次置乱图像进行扩散，生成扩散图；
基于所述扩散图计算第三哈希值，基于所述第三哈希值生成第三密钥序列；
通过第三密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第三初值；将所述第三初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列；
根据第二次置乱使用的混沌伪随机序列对扩散图进行置乱，生成密文图像。
本发明还公开了一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密装置，包括：
混沌系统构建模块，其用于构建五维保守超混沌系统；
第一混沌伪随机序列生成模块，其用于获取待加密的明文图像，基于所述明文图像计算第一哈希值，基于所述第一哈希值生成第一密钥序列；通过第一密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第一初值；将所述第一初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列；
第一置乱模块，其用于根据第一次置乱使用的混沌伪随机序列对明文图像进行置乱，生成第一次置乱图；
第二混沌伪随机序列生成模块，其用于基于所述第一次置乱图计算第二哈希值，基于所述第二哈希值生成第二密钥序列；通过第二密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第二初值；将所述第二初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列；
扩散模块，其用于根据所述正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列对第一次置乱图像进行扩散，生成扩散图；
第三混沌伪随机序列生成模块，其用于基于所述扩散图计算第三哈希值，基于所述第三哈希值生成第三密钥序列；通过第三密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第三初值；将所述第三初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列；
第二置乱模块，其用于根据第二次置乱使用的混沌伪随机序列对扩散图进行置乱，生成密文图像。
本发明还公开了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行上述任一项所述的基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明基于五维保守超混沌系统实现了使多密钥与明文图像的紧密相关，可以获得足够大的密钥空间，同时充分利用混沌序列，也可以很好的抵抗已知明文攻击。
2、本发明设计的算法只需要针对密钥进行改进，不需要复杂的置乱和扩散方法就可以保证加密性能。
基于上述理由本发明可在加密通讯技术等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法流程图。
图2为保守超混沌系统的动力学地图，其中(a)表示最大Lyapunov指数，(b)表示Lyapunov指数的和。
图3为保守超混沌系统的谱熵复杂度。
图4为保守超混沌系统在x1-x4平面的相图，其中(a)表示x20＝10，x40＝10(b)表示x20＝45，x40＝35，(c)表示x20＝80，x40＝60。
图5为实施例中多密钥图像加密算法的整体流程。
图6为实施例中索引置乱的规则。
图7为实施例中加密算法的仿真结果，其中(a)表示原始图像，(b)表示密文图像，(c)表示解密后的图像。
图8为实施例中直方图，其中(a)表示原始图像的直方图，(b)表示密文图像的直方图。
图9为实施例中图像的相关情况，其中(a)表示原始图像的水平方向，(b)表示原始图像的垂直方向，(c)表示原始图像的对角方向，(d)表示密文图像的水平方向，(e)表示密文图像的垂直方向，(f)表示密文图像的对角方向。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明公开了一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，包括以下步骤：
S1、构建五维保守超混沌系统。
本发明优选构建具有宽初值范围且且性能良好的五维保守超混沌系统，(系统构建方法参考Zhang Z,Huang L.A new 5D Hamiltonian conservative hyperchaoticsystem with four center type equilibrium points,wide range and coexistinghyperchaotic orbits[J].Nonlinear Dynamics,2022,108(1):637-652.)系统模型如下：
Figure BDA0003896326970000051
该系统中，设置参数为(Π1,Π2,Π3,Π4,Π5,a)＝(9,2,6,4,1,0.8)，初值为(0.5,x20,0.1,x40,0.5)，其中x20∈[0,80]，x40∈[0,60]。根据上述五维保守超混沌系统绘制的动力学地图如图2所示，可以看到最大Lyapunov指数始终大于0，Lyapunov指数和的值均约等于0，证明系统在宽初值范围内是保守超混沌系统。图3是对应的谱熵复杂度，值越大复杂度越高。综合考虑，最终选取宽初值范围为x20∈[10,80]，x40∈[10,60]。图4是几个特殊初值对应的相图，由图中可以看出，该系统中没有吸引子，遍历性良好。
加密策略是常见的“置乱-扩散-置乱”，本发明同样基于该策略进行加密，但在加密的不同过程中采用不同的密钥，不仅可以获得足够大的密钥空间，同时充分利用混沌序列，也可以很好的抵抗已知明文攻击。
S2、获取待加密的明文图像，基于所述明文图像计算第一哈希值，基于所述第一哈希值生成第一密钥序列。通过第一密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第一初值。将所述第一初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列。
具体来说，第一密钥序列的生成包括以下步骤：
S211、获取大小为M×N的灰度图像作为明文图像P，从P中提取行矩阵、列矩阵和对角线矩阵。
S212、基于所述行矩阵、列矩阵和对角线矩阵利用SHA-512计算第一初级哈希值H1，基于所述第一初级哈希值H1利用SHA-384计算得到二进制的第一哈希值HH1。具体根据以下公式计算：
Figure BDA0003896326970000061
S213、对所述第一哈希值分组后进行十进制转化，从而生成第一密钥序列。将哈希值HH1分成24组，每组16bit，然后将其转换为十进制数，作为第一组密钥序列K1，K1＝(k1,k2,k3,k4,…,k21,k22,k23,k24)。
进一步地，通过式(3)产生保守混沌系统缺少的两个初值：
Figure BDA0003896326970000062
更进一步地，将初值x′20和x′40连同设置好的初值代入式(1)中，使用龙格-库塔算法，迭代混沌系统1000+M×N次，得到五组混沌伪随机序列X′1,X′2,X′3,X′4,和X′5,考虑到暂态效率，每组序列去掉前1000个数。然后选择第一组和第三组序列，通过式(4)生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列，并将序列转化为整数类型的伪随机序列S1,作为第一次置乱使用的混沌伪随机序列：
Figure BDA0003896326970000071
S3、根据第一次置乱使用的混沌伪随机序列对明文图像进行置乱，生成第一次置乱图。
本实施例中，借助sort函数对伪随机序列S1进行升序排序得到索引序列，对索引序列的各元素位置进行标记，将下标保存在序列I1，图6是索引规则。接着利用序列I1对明文图像P进行如式(5)的无重复置乱，然后对置乱后的矩阵Ps1进行重构得到图像Ps′1作为第一次置乱图。
Figure BDA0003896326970000072
其中，
Figure BDA0003896326970000073
S4、基于所述第一次置乱图计算第二哈希值，基于所述第二哈希值生成第二密钥序列。通过第二密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第二初值；将所述第二初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列。
本实施例中，第二组密钥是从第一次置乱后的图像中提取行矩阵、列矩阵和对角线矩阵，利用SHA-384计算第二初级哈希值H2，接着使用SHA-256得到长度为256bit的二进制第二哈希值HH2：
Figure BDA0003896326970000074
将第二哈希值HH2分成16组，每组16bit，然后将其转换为十进制数，作为第二组密钥序列K2，K2＝(k1,k2,k3,k4,…,k13,k14,k15,k16)。
进一步地，通过式(4)产生保守混沌系统缺少的两个初值。
Figure BDA0003896326970000075
更进一步地，将初值x″20和x″40连同设置好的初值代入式(1)中，依然使用龙格-库塔算法，迭代混沌系统1000+2×M×N次，得到五组混沌伪随机序列X″1,X″2,X″3,X″4和X″5，考虑到暂态效率，每组序列去掉前1000个数。然后选择第二组和第四组序列，通过式(8)生成新的混沌伪随机序列S2，并对序列行处理，生成正向扩散使用的伪随机序列S21和逆向扩散使用的伪随机序列S22。
Figure BDA0003896326970000081
其中pow2(16)表示求2的16次幂。
S5、根据所述正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列对第一次置乱图像进行扩散，生成扩散图。
具体来说，将第一次置乱后得到的图像Ps′1展开成一维向量Ps2，然后进行基于异或运算的扩散。正向扩散的算法是
Figure BDA0003896326970000082
其中Temp是长度为M×N的密码向量，Temp(0)＝0，i从1到MN。逆向扩散的算法是
Figure BDA0003896326970000083
其中Ps′2(MN+1)＝0，i从MN到1。对得到的矩阵Ps′2进行重构即可获得扩散后的图像Ps″2。
S6、基于所述扩散图计算第三哈希值，基于所述第三哈希值生成第三密钥序列；通过第三密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第三初值；将所述第三初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列。
本实施例中，第三密钥序列第三组密钥是从扩散后的图像中提取行矩阵、列矩阵和对角线矩阵，利用SHA-256计算第三初级哈希值H3，接着使用SHA-256得到长度为256bit的二进制第三哈希值HH3：
Figure BDA0003896326970000084
将第三哈希值HH3分成32组，每组8bit，然后将其转换为十进制数，作为第三组密钥序列K3，K3＝(k1,k2,k3,k4,…,k29,k30,k31,k32)，通过式(5)产生保守混沌系统缺少的两个初值。
Figure BDA0003896326970000091
进一步地，将初值x″′20和x″′40连同设置好的初值代入式(1)中，依然使用龙格-库塔算法，迭代混沌系统1000+M×N次，得到五组混沌伪随机序列X″′1,X″′2,X″′3,X″′4,和X″′5，考虑到暂态效率，每组序列去掉前1000个数。然后选择第三组和第五组序列，通过式(11)生成新的混沌伪随机序列S3：
Figure BDA0003896326970000092
S7、根据第二次置乱使用的混沌伪随机序列对扩散图进行置乱，生成密文图像C。
本实施例中进行第二次置乱与第一次置乱的原理相同，借助sort函数对伪随机序列S3进行升序排序得到索引序列，对索引序列的各元素位置进行标记，将下标保存在序列I2。接着利用序列I2对扩散图像Ps″2进行无重复置乱，然后对置乱后的矩阵进行重构得到密文图像C。
本发明实施例还公开了一种与上述基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法互为逆过程的多密钥图像解密方法，此处不再赘述。
下面通过一个具体的应用实例，对本发明的方案和效果做进一步说明。
如图7所示，本实施例对尺寸为512×512的Baboon图进行基于五维保守超混沌系统的多密钥加密，其中(a)表示原始图像，(b)表示密文图像，(c)表示解密后的图像。结合图7-9对该方法的性能进行分析如下：
(1)暴力攻击会试图彻底搜索所有的密钥来破解密码，理论上完成破解只是时间问题。为了对抗暴力攻击，要保证密钥空间足够大，至少应达到2100。本文设计的加密算法使用了三组密钥总计6个初值，精度都是10-14，因此可以得到我们方案的密钥空间为：
(50×1014×70×1014)3＝4.2875×1094>2284>>2100，
足以抵抗各种暴力攻击，证明本算法足够安全。
(2)直方图可以直观的反映出图像像素值的分布情况，图8显示了灰度图像的明文直方图和密文直方图，可以看到密文直方图分布均匀，与明文直方图差异明显，说明本加密算法具有良好的统计攻击抵御能力。
(3)相邻像素的相关性同样是图像的一个重要统计特征。为了比较明文图像和密文图像的相关特性，本文从水平方向、垂直方向和对角线方向分析相邻像素的相关性。通常，明文图像的相邻像素点之间具有很强的相关性，而密文图像的相邻像素点之间应该没有相关性。我们从目标图像中选取2000对相邻的像素点，通过式(12)计算相关性。(xi,yi)，(i＝1,2,…,N)是图像中两个位置相邻的像素的像素值，E(x)和D(x)分别表示变量x的平均值和方差。图9是Baboon图在各个方向上的相关情况。明文图像的相邻像素点对集中分布在y＝x附近，说明明文图像在各个方向上的相关性很高，而密文图像的相邻像素点对分布均匀无规律，说明密文图像的相关性很小，本算法可以抵抗统计攻击。
Figure BDA0003896326970000101
(4)信息熵反映了图像信息的不确定性，熵值越大表明随机性越强，信息泄露的越少。信息熵可以通过式(13)计算，式中L为图像的灰度等级数，p(i)表示灰度值i出现的概率。对于灰度级为256的图像而言，信息熵的理论值为8。加密Baboon，密文图的信息熵为7.9994，接近于8，因此本文的加密算法具有很好的安全性。
Figure BDA0003896326970000102
(5)攻击者通常会对明文图像进行微小的改动，然后观察密文图像中相应的变化，试图通过比较来发现两个密文图像间的关系，这就是差分攻击。一个好的加密算法应该做到明文图像发生微小的改变就能引起密文图像特别大的变化。通常使用两个重要指标来衡量加密算法抗差分攻击的能力，即像素数变化率(NPCR)和统一平均变化强度(UACI)。对应的计算公式如下：
Figure BDA0003896326970000111
其中P1和P2是用同样的密钥对像素值差别很小的两张明文图像进行加密得到的两张密文图像，尺寸是M×N。如果P1(i,j)＝P2(i,j)，则D(i,j)＝0，否则D(i,j)＝1。
NPCR和UACI的理想值分别为99.6094％和33.4635％。本发明只改变Baboon图像的一个像素值，计算NPCR和UACI的值，分别为99.62％和33.53％，都接近理想值，因此，新算法能够很好的抵抗差分攻击。
综上所述，本发明提到的图像加密算法具有良好的安全性。
本发明还公开了一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密装置，包括：
混沌系统构建模块，其用于构建五维保守超混沌系统；
第一混沌伪随机序列生成模块，其用于获取待加密的明文图像，基于所述明文图像计算第一哈希值，基于所述第一哈希值生成第一密钥序列；通过第一密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第一初值；将所述第一初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列；
第一置乱模块，其用于根据第一次置乱使用的混沌伪随机序列对明文图像进行置乱，生成第一次置乱图；
第二混沌伪随机序列生成模块，其用于基于所述第一次置乱图计算第二哈希值，基于所述第二哈希值生成第二密钥序列；通过第二密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第二初值；将所述第二初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列；
扩散模块，其用于根据所述正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列对第一次置乱图像进行扩散，生成扩散图；
第三混沌伪随机序列生成模块，其用于基于所述扩散图计算第三哈希值，基于所述第三哈希值生成第三密钥序列；通过第三密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第三初值；将所述第三初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列；
第二置乱模块，其用于根据第二次置乱使用的混沌伪随机序列对扩散图进行置乱，生成密文图像。
对于本发明实施例的基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密装置而言，由于其与上面实施例中的基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法部分的说明即可，此处不再详述。
本发明还公开了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行上述任一项所述的基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
构建五维保守超混沌系统；
获取待加密的明文图像，基于所述明文图像计算第一哈希值，基于所述第一哈希值生成第一密钥序列；
通过第一密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第一初值；将所述第一初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列；
根据第一次置乱使用的混沌伪随机序列对明文图像进行置乱，生成第一次置乱图；
基于所述第一次置乱图计算第二哈希值，基于所述第二哈希值生成第二密钥序列；
通过第二密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第二初值；将所述第二初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列；
根据所述正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列对第一次置乱图像进行扩散，生成扩散图；
基于所述扩散图计算第三哈希值，基于所述第三哈希值生成第三密钥序列；
通过第三密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第三初值；将所述第三初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列；
根据第二次置乱使用的混沌伪随机序列对扩散图进行置乱，生成密文图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，所述五维保守超混沌系统模型如下：
Figure FDA0003896326960000021
其中，设置参数为(Π1,Π2,Π3,Π4,Π5,a)＝(9,2,6,4,1,0.8)，初值为(0.5,x20,0.1,x40,0.5)，其中x20∈[10,80]，x40∈[10,60]。
3.根据权利要求1所述的一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，基于所述明文图像计算第一哈希值，基于所述第一哈希值生成第一密钥序列，包括：
获取所述明文图像的行矩阵、列矩阵和对角线矩阵；
基于所述行矩阵、列矩阵和对角线矩阵利用SHA-512计算第一初级哈希值；
基于所述第一初级哈希值利用SHA-384计算得到二进制的第一哈希值；
对所述第一哈希值分组后进行十进制转化，从而生成第一密钥序列。
4.根据权利要求3所述的一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，将所述第一初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列，包括：
将所述第一初值带入五维保守超混沌系统迭代预设次数后生成五组混沌伪随机序列；
基于第一组和第三组混沌伪随机序列生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列。
5.根据权利要求1所述的一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，基于所述第一次置乱图计算第二哈希值，基于所述第二哈希值生成第二密钥序列，包括：
获取所述第一次置乱图的行矩阵、列矩阵和对角线矩阵；
基于所述行矩阵、列矩阵和对角线矩阵利用SHA-384计算第二初级哈希值；
基于所述第二初级哈希值利用SHA-256计算得到二进制的第二哈希值；
对所述第二哈希值分组后进行十进制转化，从而生成第二密钥序列。
6.根据权利要求5所述的一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，将所述第二初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列，包括：
将所述第二初值带入五维保守超混沌系统迭代预设次数后生成五组混沌伪随机序列；
基于第二组和第四组混沌伪随机序列生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列。
7.根据权利要求1所述的一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，基于所述扩散图计算第三哈希值，基于所述第三哈希值生成第三密钥序列，包括：
获取所述扩散图的行矩阵、列矩阵和对角线矩阵；
基于所述行矩阵、列矩阵和对角线矩阵利用SHA-256计算第三初级哈希值；
基于所述第三初级哈希值利用SHA-256计算得到二进制的第三哈希值；
对所述第三哈希值分组后进行十进制转化，从而生成第三密钥序列。
8.根据权利要求1所述的一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法，其特征在于，将所述第三初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列，包括：
将所述第三初值带入五维保守超混沌系统迭代预设次数后生成五组混沌伪随机序列；
基于第三组和第五组混沌伪随机序列生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列。
9.一种基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密装置，其特征在于，包括：
混沌系统构建模块，其用于构建五维保守超混沌系统；
第一混沌伪随机序列生成模块，其用于获取待加密的明文图像，基于所述明文图像计算第一哈希值，基于所述第一哈希值生成第一密钥序列；通过第一密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第一初值；将所述第一初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第一次置乱使用的混沌伪随机序列；
第一置乱模块，其用于根据第一次置乱使用的混沌伪随机序列对明文图像进行置乱，生成第一次置乱图；
第二混沌伪随机序列生成模块，其用于基于所述第一次置乱图计算第二哈希值，基于所述第二哈希值生成第二密钥序列；通过第二密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第二初值；将所述第二初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列；
扩散模块，其用于根据所述正向扩散使用的伪随机序列和逆向扩散使用的伪随机序列对第一次置乱图像进行扩散，生成扩散图；
第三混沌伪随机序列生成模块，其用于基于所述扩散图计算第三哈希值，基于所述第三哈希值生成第三密钥序列；通过第三密钥序列获取五维保守超混沌系统缺失的初值作为第三初值；将所述第三初值带入五维保守超混沌系统进行迭代运算，从而生成第二次置乱使用的混沌伪随机序列；
第二置乱模块，其用于根据第二次置乱使用的混沌伪随机序列对扩散图进行置乱，生成密文图像。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述权利要求1至8中任一项权利要求所述的基于五维保守超混沌系统的多密钥图像加密方法。
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CN117040745A (zh) * 2023-10-10 2023-11-10 中国电子科技集团公司第三十研究所 基于保守超混沌系统的密钥提取方法、装置、设备及介质

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116977150A (zh) * 2023-09-25 2023-10-31 中国电子科技集团公司第三十研究所 基于保守超混沌系统的水印生成方法、装置、设备及介质
CN116977150B (zh) * 2023-09-25 2023-12-01 中国电子科技集团公司第三十研究所 基于保守超混沌系统的水印生成方法、装置、设备及介质
CN117040745A (zh) * 2023-10-10 2023-11-10 中国电子科技集团公司第三十研究所 基于保守超混沌系统的密钥提取方法、装置、设备及介质
CN117040745B (zh) * 2023-10-10 2023-12-12 中国电子科技集团公司第三十研究所 基于保守超混沌系统的密钥提取方法、装置、设备及介质

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