一种快速的行列同时置乱和扩散的混沌图像加密方法

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	一种快速的行列同时置乱和扩散的混沌图像加密方法
	贵向泉; 黄俊; 李立; 曹洁; 赵付青; 陈作汉; 李守亮; 张生海
	2021-07-30
专利权人	兰州理工大学
公开日期	2021-07-30
授权国家	中国
专利类型	授权发明
摘要	一种快速的行列同时置乱和扩散的混沌图像加密方法，目的是提供一个新的基于超混沌的行列同时置乱和扩散与明文像素动态相关的图像加密方法，包括如下：时延的非线性组合超混沌映射，图像加密步骤及图像解密步骤。本发明基于Zhou Y提出的非线性组合映射，设计了一个带时延的非线性组合超混沌映射NMHMD，该映射具有更宽的超混沌区间、不存在周期窗口、更加复杂的动力学特性，产生的状态序列类随机性较好的特点；能够有效抵抗先择明文攻击；整个方法只需要一轮的置乱和扩散操作，降低了方法的计算复杂度。
申请日期	2020-06-08
优先权日	2020-06-08
预估到期日	2040-06-08
语种	中文
专利状态	授权
申请号	CN202010510957.6
公开（公告）号	CN111683191B
IPC 分类号	H04N1/44 ; H04L9/00 ; H04L9/06 ; H04L9/08
专利代理人	董斌
代理机构	兰州振华专利代理有限责任公司
CPC分类号	H04L9/001 ; H04L9/0643 ; H04L9/0869 ; H04N1/44
权利要求	1.一种快速的行列同时置乱和扩散的混沌图像加密方法，其特征在于，包括如下：时延的非线性组合超混沌映射，图像加密步骤及图像解密步骤，其特征在于，时延的非线性组合超混沌映射，其公式为： xn+1＝mod(μ(xn+rxn-1)(1-xn-rxn-1)+sinπ(xn+rxn-1)，1)，其中mod()代表取模运算，r，μ为映射的参数；其特征在于，图像加密步骤为：步骤(1)：对非线性组合超混沌映射进行2MN+N0次的迭代，其中N0为一常数，M，N为待加密图像的宽和高；为了克服暂态效应，舍去前N0个序列，将剩余的序列分割成大小为MN的二维序列E和E1；并获取E升序排列的序号序列S，获取E1升序排列的序号序列S1；步骤(2)：通过遍历排序序列S对明文图像进行行置乱和扩散操作，首先，用j代表当前遍历S的位置即下标，遍历的起点可以从左或者右开始，由前一个改变了位置的行的像素值总和决定；因此，在遍历过程中遍历方向会随时根据明文图像的行像素值的和而发生改变；遍历方向由标志位index的值决定，当index＝0时，遍历方向从左往右；当index＝1时，遍历方向从右往左，每一次遍历之后index都会根据上一个调整位置的行像素值和决定下一个遍历的方向和位置，当明文图像中的该行的某个像素值发生改变，该行之后的所有行的位置都会发生相应的变化，因此该行置乱操作具有一定的扩散作用，index计算公式如下所示，其中i∈[1，N]，在S的遍历过程中对明文序列P进行行置乱和扩散处理以得到密文C，其中i＝1，2...，M×N；处理过程如式所示：步骤(3)：对经过步骤(2)处理得到的密文C进行列的同时置乱和扩散操作，与步骤(2)不同的只是行变换变成列变换，使用序列E1替换E，使用序列S1替换序列S，操作原理完全相同；列置乱和扩散加密之后即可得到加密结果C。 2.根据权利要求1所述的快速的行列同时置乱和扩散的混沌图像加密方法，其特征在于，图像解密步骤，步骤(1)：对非线性组合超混沌映射进行2MN+N0次的迭代，其中N0为一常数，M，N为待解密图像的宽和高；为了克服暂态效应，舍去前N0个序列，将剩余的序列分割成大小为M*N的二维序列E和E1；并获取E升序排列的序号序列S，获取E1升序排列的序号序列S1；步骤(2)：对加密过程步骤(3)的列扩散过程进行逆向操作，遍历密文C，利用混沌序列E1进行异或以达到对加密步骤(3)中的列扩散过程进行解密的效果，处理过程如下式所示：步骤(3)：对加密过程中步骤(3)中的列置乱过程进行逆向解密；遍历序列S1，j代表当前遍历S1的位置即下标，遍历的起点由初始值μ决定；遍历方向由前一个改变了位置的列像素值的总和通过计算标志位index的值决定；当index＝0时遍历方向从左往右，当index＝1时遍历方向从右往左，每一次列位置变换后重新计算index；index计算公式如下所示，其中j∈[1，M]：其中j随着index的变化而变化，解密过程如下式所示： P(：，S1(j))＝C(：，j)；步骤(4)：解密过程中对行的解密流程与对列的解密流程一样，替换操作对象为行，并且替换序列S1为序列S，替换序列E1为序列E。
引用专利	CN103916234A;CN107610037A;CN110417539A;US10574859B2
被引用专利数量	0
简单法律状态	有效
文献类型	专利
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/107511
专题	计算机与通信学院
推荐引用方式 GB/T 7714	贵向泉,黄俊,李立,等. 一种快速的行列同时置乱和扩散的混沌图像加密方法[P]. 2021-07-30.