[发明专利]一种基于折纸变换的数字图像加密方法

说明书

技术领域：

本发明属于图像信息处理技术领域，具体涉及一种基于折纸变换的数字图像加密方法。

背景技术：

随着计算机网络和多媒体技术的迅猛发展，大量的数字信息通过互联网进行传输，图像因其直观形象而成为主流的信息表达和传输方式，传输中的图像有些牵涉到个人隐私、商业机密和国家安全(如电子签名、病理图片、设计图纸等)，因此，数字图像的加密技术成为很多使用者和学者关注的热点。在数字图像加密方法上，根据技术性质大致可以分为空域图像加密技术、变换域图像加密技术和压缩编码图像加密技术。

目前，空域图像加密技术的主要方法是数字图像置乱技术，其原理是根据加密算法，将数字图像的像素空间打乱，从而形成面目全非的图像。常用的图像置乱技术主要有：1)基于矩阵变换的置乱方法，提出的主要算法有Arnold变换、Hilbert曲线、奇幻方(Magic)、Conway生命游戏等置乱算法，然而这类算法是一种线性变换，保密性不高，置乱图像的直方图不发生改变，即原图像和置乱图像有着很大的相关性。2)基于像素值变换的置乱方法，典型的算法有凯撒加密，DES加密等，然而它对每个像素值的比特流进行流加密，这增加了加密与解密的时间。3)基于伪随机序列的置乱方法，它先由伪随机序列发生器生成序列，然后置换图像像素的位置，目前成熟的序列生成方法是由反馈移位寄存器(LFSR)生成。4)基于混沌序列的置乱方法，近几年来在国内外发展很快。其典型代表有Logistic映射，二维Henon映射，三维Lorenz混沌映射等。

发明内容：

针对现有技术中的不足，本发明提出一种基于折纸变换的数字图像加密方法。

本发明方法具体步骤如下：

步骤1：首先将加密图像转化为数字矩阵N×M，N是图像的宽度，M是图像的高度，其中N和M须是偶数，如果不是偶数，则先给矩阵补上第N+1列或者第M+1行，补上的像素值全部等于0。然后将矩阵的奇数行2i-1、偶数行2i进行比较，i为自然数，当像素值之差为奇数，则像素点位置置换，当像素值之差为偶数，则像素点位置不变，本加密方法的密钥可以有三种选择：周期函数f_x(t)和f_y(t)的表达形式、参数m和加密轮次k，其中周期函数f_x(t)和f_y(t)为相同或不同的函数；

步骤2：给置换过的像素值再加上2m，m为自然数，由于灰度等级最大值为255，如果加密过程使像素值大于255，那么就减去255；

步骤3：将上述置换过的图像奇数行按序号从小到大排列后，置换到图像上半部分，偶数行按序号从小到大排列置换到图像的下半部分；

步骤4：将图像横对折，图像对折处通过函数求得：折线其中f_y(t)为任意的周期函数，t为当前轮次，round(·)为四舍五入求整数函数，f_ymax和f_ymin分别为f_y(t)的最大值和最小值；为保证整幅图像均能参与对折重叠，就需要两条折线，当y＜M/2时，另外一条折线为y′＝y+M/2，当y＞M/2时，另外一条折线为y′＝y-M/2，当y＝M/2时，只有一条折线，即y′＝y；若重叠部分的两个像素的差值为奇数，就进行位置置换，并让像素加上加上2m，若和超过255，就再减去255；

步骤5：重复步骤1-4，将行变换改为列变换，把横折线改为竖折线；上半部分变为左半部分，下半部分变为右部分，折线

步骤6：重复步骤1-4，记录为一个轮次；

步骤7：重复k轮次后，加密结束。

以下是对本发明方法说明：

(1)如果数字图像为RGB彩色图像，用同样的加密方法加密程度将会更高，因为像素矩阵N×M×3在每个分量上的二维矩阵都能够置换一次，一共会置换三次。

(2)解密过程为加密过程的逆过程。

本发明的基于折纸变换的数字图像加密方法，不仅密码子函数丰富(本方法选用的周期函数f(t)的形式具有多样性，不像混沌加密方法只能选择有限的几个函数和有限的参数空间)，密钥敏感程度高，而且极大程度地扰乱了明文的统计结构。加密过程可同时置乱像素的大小和空间位置，是一个与图像自身相关的自适应加密方法，并且它的加密性能直接和图像灰度等级联系在一起，图像越精细，加密程度越好。

附图说明：

图1是本发明的加密过程流程图。

图2是办方法方法加密图像实验图：

(a)明文

(b)密文