[发明专利]基于三维Lorenz混沌映射的DCT域的数字图像加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像处理领域，更具体地说，涉及基于三维Lorenz混沌映射的DCT域的数字图像加密方法。

背景技术

随着网络与多媒体技术的发展，数字图像成为人们进行交流的重要信息载体之一。但是，不是所有的数字图像信息都可以被完全公开，有些数字图像信息涉及到国家或团体的机密，而有些数字图像信息可能会涉及到个人隐私，或者有些数字图像信息作为一种消费品，只供给得到授权的用户观看或下载。因此，数字图像信息的安全和保密技术已经变得越来越重要。由于数字图像信息不同于其他普通的数据流，具有数据量大、相邻像素的相关度高、以二维数组的格式存储等特点，而传统的文本加密技术没有考虑到图像信息的特点，因此，使用传统的加密方式会导致效率低且效果不理想。因此，如何设计出新的、更为安全的数字图像加密算法，已成为该领域中的热门课题。近年来，由于混沌的伪随机性、轨道不可预测性以及对初值极度敏感性等优良特性，越来越多的研究者将混沌应用于加密系统，基于混沌系统的数字图像加密算法的研究也取得了很多进展。

混沌是非线性动力学系统中的一种特殊运动形式，它广泛存在于自然界中。混沌是指在确定性非线性系统中，不需要附加任何随机因素亦可出现的类似随机的行为。混沌具有很好的加密性能，英国数学家Matthews首先明确提出了用混沌系统来产生序列密码的思想。基于混沌动力学系统的加密技术是一种符合密码体制要求的序列密码技术，较好地解决了一次一密体制中任意长随机序列的生成、传输、存储的瓶颈问题。另外，混沌加密方法能极大地简化传统序列密码的设计过程。因此，混沌系统非常适合于各种数据的加密和隐藏。同时，设计良好的混沌系统易于在微处理器和计算机上实现，具有较高的速度和较低的代价。因而，混沌加密方法比很多传统的安全技术更适应于对数字图像进行安全保护。

近年来已有学者提出基于混沌系统的数字图像置乱加密方法，它较好地克服了传统图像加密方法中秘密不能全部寓于密钥之中的缺陷；专利申请号为200810012882.8的专利申请文件披露了一种混沌数字图像加密方法，采用先对要处理的数字图像利用MATLAB软件转化为像素矩阵，然后利用混沌秘密学理论对初始化后的像素矩阵进行编码加密处理，最后再将加密处理后的像素矩阵利用MATLAB命令转化为数字图像的方法完成加密过程。

目前基于混沌序列的图像加密方法的主要研究仍集中在一维和二维混沌系统，而且多数加密方法是在空域对像素进行置乱，其具有形式简单、产生混沌时序时间短等优点，但是其缺陷是密钥空间太小，随着对混沌加密技术的研究，对于低维度混沌系统的加密方案，已经有了一些攻击方法可以将其破解，由于高维的混沌信号具有更好的随机性，基于高维的混沌保密系统可期望获得更高的保密性。

因此有必要寻求演化规律更复杂、更随机的混沌加密序列作为密匙，并结合其它处理，如结合变换域算法，即DCT算法，使加密后的图像的安全性更高，不易被破解。

发明内容

本发明的目的是提供基于三维Lorenz混沌映射的DCT域的数字图像加密方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 输入原始的数字图像信息，对所述原始的数字图像的信息进行DCT变换；对所述DCT系数数组进行三维Lorenz置乱变换；对所述置乱变换后的DCT系数符号进行一次一密加密；对所述一次一密加密后的结果进行逆DCT变换，所述逆DCT变换的结果即为输出的加密图像信息。

优选的是，所述对所述原始的数字图像的信息进行DCT变换包括如下步骤：

（一）将所述原始的数字图像的信息保存在大小为                                                的三维数组中；

（二）对所述三维数组进行所述DCT变换，将所述三维数组变成大小为的二维矩阵；

（三）对所述大小为的二维矩阵进行分层二维DCT变换，获得二维数组。

优选的是，所述大小为的三维数组的数据类型为双精度。

优选的是，所述对所述DCT系数数组进行三维Lorenz置乱变换包括如下步骤：

（一）用户输入三维Lorenz混沌映射的三个参数和三个初始值，获得Lorenz三维混沌序列；

（二）根据所述三维混沌序列，构造Lorenz置乱变换矩阵；

（三）将所述二维数组转换为三维数组，并对所述三维数组进行三维Lorenz置乱变换，由此获得。

优选的是，对所述Lorenz置乱变换矩阵按需要的长度截取，同时，按照升序顺序排列，，。