基于Liu混沌系統的圖像加密方法
【專利摘要】本發明涉及一種基于Liu混沌系統的圖像加密方法，其技術特征在于：記原始圖像各像素點的灰度值為二維矩陣Q(x,y)，并將圖像的每個像素灰度值按位異或得到數值c，對Liu混沌系統產生的混沌序列進行一定處理使之變為適合加密的混沌序列后，利用Liu混沌序列對二維矩陣Q(x,y)進行置亂和異或，用于置亂和異或的混沌序列的起始位置由數值c來決定，從而完成加密過程。本方法運用Liu混沌系統對圖像進行加密，具有抗明文攻擊能力強，密鑰敏感性強的優點，在圖像加密中有一定的應用的價值。
【專利說明】基于Liu混沌系統的圖像加密方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于Liu混沌系統的圖像加密新方法，屬于信息安全領域，特別 涉及圖像加密領域，主要利用Liu混沌系統產生的混沌序列對圖像進行加密。
【背景技術】
[0002] 隨著多媒體技術的不斷發展，數字圖像克服了以往因數據量大而帶來的存儲及傳 輸問題，它正在成為一種主流的信息表達方式。可不斷發生的黑客事件以及網上盜版，嚴重 制約著互聯網應用的進一步發展。因而圖像數據的保護越來越受到社會的普遍重視。
[0003] 混沌系統以其隨機性及對初值的敏感性越來越多地被應用于圖像加密中，現階 段，主要的加密方法有對圖像像素值置亂和對像素位置置亂或二者結合三種方法，而由于 選擇性明文攻擊、差分攻擊、分割攻擊等攻擊方法的出現，加密的關鍵問題也正由原來的單 一追求大密鑰空間逐漸轉向算法對密鑰和明文都具有高度敏感性，而把圖像信息與混沌序 列相結合在一起來對圖像進行加密，就能很好地抵抗明文攻擊。
【發明內容】
[0004] 針對上述問題，本發明的提出一種基于Liu混沌系統的圖像加密方法，是一種使 用Liu混沌系統的對數字圖像加密方法，本算法密鑰和明文都極具敏感性，密鑰空間足夠 大，能夠很好的抵抗明文攻擊。
[0005] 本發明為了達到上述目的，本發明可以使用以下技術方案：
[0006] 本發明提供了一種基于Liu混沌系統的圖像加密方法，其特征在于具有如下步 驟：（1)選取一副規格為mXn的灰度圖像作為原始圖像，并獲得第一圖像像素值矩陣，將 第一圖像像素值矩陣中的每個值進行按位異或運算，得到第一數值；（2)選取初始值作為 Liu混沌系統的加密密鑰，并將其代入Liu混沌系統方程中迭代復數次得到三組加密混沌 序列；（3)對三組加密混沌序列進行處理操作后，從第一加密混沌序列中由第100 Xc個元 素開始，依次取m個元素，組成第一序列，從第二加密混沌序列中由第300 X c個元素開始， 依次取η個元素，組成第二序列，并將第一序列及第二序列順次排序生成一行m列的第一矩 陣、η行一列的第二矩陣，再生成一個mXm的第一零矩陣和一個ηΧη的第二零矩陣；（4)將 第一矩陣以及第二矩陣按由小到大的順序排列，從而獲得排列矩陣，并根據排列矩陣將第 一零矩陣和第二零矩陣轉換成第一置亂矩陣以及第二置亂矩陣，并利用第一置亂矩陣以及 第二置亂矩陣對第一圖像信息矩陣作置亂操作，即得到置亂后的第二圖像信息矩陣；（5) 從第三加密混沌序列中由第600Xc個元素開始，依次取mXη個元素，組成第三序列；（6) 將第三序列的元素依次讀取生成mXn的加密矩陣，并與第二圖像信息矩陣中的元素進行 逐位異或操作，獲得第三圖像信息矩陣，并將第三圖像信息矩陣中的每個值進行按位異或 運算，得到第二數值，并將第二數值重新賦予第一數值；（7)重復步驟（3)-(6)，即對圖像進 行多次置亂和異或操作，并最終獲得加密的第四圖像信息矩陣；（8)將加密的第四圖像信 息矩陣按照圖像標準格式保存，得到最終的加密圖像。
[0007] 進一步，本發明所涉及的一種基于Liu混沌系統的圖像加密方法，還具有相應的 解密步驟，具體步驟如下：（9)選取加密過程中最后一次循環中使用的第一數值來確定混 沌序列的起始位置，并將獲得的混沌序列矩陣依次與加密的第四圖像信息矩陣進行逐位異 或操作，即獲得第三圖像信息矩陣；（10)對第一置亂矩陣以及第二置亂矩陣取第一逆矩陣 及第二逆矩陣，并利用第一逆矩陣及第二逆矩陣對第三圖像信息矩陣做反置亂操作，即得 到第二圖像信息矩陣，并將第二圖像信息矩陣中的每個值進行按位異或運算，得到的第二 數值；（11)重復與加密過程中相同次數的步驟（9) - (10)，即獲得最終解密圖像。
[0008] 進一步，步驟（2)中的采用的Liu混沌系統方程正弦映射，見公式（a)，
[0009]
【權利要求】
1. 一種基于Liu混沌系統的圖像加密方法，其特征在于具有如下步驟： (1) 選取一副規格為mXn的灰度圖像作為原始圖像，并獲得第一圖像像素值矩陣，將 所述第一圖像像素值矩陣中的每個值進行按位異或運算，得到第一數值； (2) 選取初始值作為Liu混沌系統的加密密鑰，并將其代入Liu混沌系統方程中迭代復 數次得到三組加密混沌序列； (3) 對三組加密混沌序列進行處理操作后，從第一加密混沌序列中由第100 X c個元素 開始，依次取m個元素，組成第一序列，從第二加密混沌序列中由第300 X c個元素開始，依 次取η個元素，組成第二序列，并將第一序列及第二序列順次排序生成一行m列的第一矩 陣、η行一列的第二矩陣，再生成一個mXm的第一零矩陣和一個ηΧη的第二零矩陣，c表示 第一數值； (4) 將所述第一矩陣以及第二矩陣按由小到大的順序排列，從而獲得排列矩陣，并根據 所述排列矩陣將所述第一零矩陣和第二零矩陣轉換成第一置亂矩陣以及第二置亂矩陣，并 利用所述第一置亂矩陣以及第二置亂矩陣對所述第一圖像信息矩陣作置亂操作，即得到置 亂后的第二圖像信息矩陣； (5 )從第三加密混沌序列中由第600 X c個元素開始，依次取m X η個元素，組成第三序 列； (6) 將所述第三序列的元素依次讀取生成mXn的加密矩陣，并與所述第二圖像信息矩 陣中的元素進行逐位異或操作，獲得第三圖像信息矩陣，并將所述第三圖像信息矩陣中的 每個值進行按位異或運算，得到第二數值，并將第二數值重新賦予第一數值； (7) 重復步驟（3) - (6)，即對圖像進行多次置亂和異或操作，并最終獲得加密的第四圖 像息矩陣； (8) 將加密的所述第四圖像信息矩陣按照圖像標準格式保存，得到最終的加密圖像。
2. 根據權利要求1所述的一種基于Liu混沌系統的圖像加密方法，其特征在于，還具有 相應的解密步驟，具體步驟如下： (1) 選取加密過程中最后一次循環中使用的第一數值來確定混沌序列的起始位置，并 將獲得的混沌序列矩陣依次與加密的第四圖像信息矩陣進行逐位異或操作，即獲得第三圖 像息矩陣； (2) 對所述第一置亂矩陣以及第二置亂矩陣取第一逆矩陣及第二逆矩陣，并利用所述 第一逆矩陣及第二逆矩陣對所述第三圖像信息矩陣做反置亂操作，即得到所述第二圖像信 息矩陣，并將所述第二圖像信息矩陣中的每個值進行按位異或運算，得到的第二數值； (3) 重復與加密過程中相同次數的步驟（1) - (2)，即獲得最終解密圖像。
2.根據權利要求1所述的基于Liu混沌系統的圖像加密方法，其特征在于： 其中，在所述的步驟（2)中的采用的Liu混沌系統方程正弦映射，見公式（a)，
(a)
3. 根據權利要求1所述的基于Liu混沌系統的圖像加密方法，其特征在于： 其中，在所述的步驟（3)中對所述三組混沌序列進行的處理操作，見公式（b)， t=100Xt-round (100Xt) (b), t表示所述三組混沌序列中的每一個元素。
4. 根據權利要求1所述的基于Liu混沌系統的圖像加密方法，其特征在于： 其中，在所述圖像加密過程中的步驟（4)中，對所述第一圖像信息矩陣作置亂操作，見 公式（c)， Q1=C2XQXD2 (c)， Q表示第一圖像信息矩陣，C2和D2分別表示所述第一置亂矩陣以及第二置亂矩陣。
【文檔編號】G06T1/00GK104050617SQ201310442743
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】杜翠霞, 張定會, 張宗楠, 紀志超, 唐素娟 申請人:上海理工大學