[发明专利]一种分块双层自适应扩散图像加密方法

说明书

本发明提供了一种分块双层自适应扩散数字图像加密方法。采用用Logistic映射、Tent映射和Sine映射，进行两两组合构建三种新一维混沌映射，提取初始混沌序列，使其具有较宽的混沌范围和较好的混沌行为；然后通过结合Arnold正反向映射，将置乱与扩散同步进行，不仅可以使每个像素的访问顺序及每个位置的存储顺序机会均等，增强置乱随机性，克服常规Arnold映射从规则到随机访问的缺陷，而且在置乱过程中采用分块双层自适应扩散，利用密文像素与密文像素、明文像素及混沌随机序列间的相互作用，将每个像素影响非线性地扩散到整幅图像矩阵中，并在扩散过程中不断扰动混沌系统，形成自适应扩散过程，增强加密图像对密钥、密文及明文的敏感性。

技术领域

本发明涉及一种图像处理方法，主要是图像加密方法。

背景技术

随着网络技术的不断发展，数字图像以其直观、形象等特点成为信息传输的主要载体，已广泛应用于国防、航天、军事、政治、经济等领域，但在图像存储、传输和使用过程中存在一定的泄密隐患。因而寻求高效的数字图像加密技术具有重要的理论意义和工程应用价值。目前，针对数字图像特点，各种基于矩阵变换/像素置乱的加密方法，基于现代密码体制的加密方法、基于混沌系统的加密方法、基于神经网络的加密方法、基于DNA编码的加密方法及多种加密技术结合的加密方法相继被提出并各具特色。然而，这些方法主要集中在置乱、扩散两大过程的传统加密模式，而且未充分考虑明文、密钥敏感性和置乱随机性等问题，难以抵抗选择明文攻击。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种分块双层自适应扩散图像加密方法。

本发明的目的在于针对数字图像数据量大、冗余度高，现有图像加密方法对明文、密钥的敏感性较低，难以抵御选择明文攻击等问题，提出一种分块双层自适应扩散图像加密方法，加密效果好、安全性高，为数字图像的安全存储和传输提供保障。

为实现上述目的，本发明技术方案的基本思想是：针对图像安全保障问题，在加密过程中，首先利用Logistic映射、Tent映射和Sine映射，进行两两组合构建三种新一维混沌映射系统，提取初始混沌序列；然后定义一个与明文图像矩阵大小相同的初始加密图像矩阵，对其进行分块，预处理Arnold映射参数，正反向联合映射将明文图像矩阵中随机位置像素值，存入初始加密矩阵随机块中的随机位置，同时与前一加密像素及混沌序列通过一定方式作用替换该像素，并将当前加密块扰动混沌系统，更新初始密钥，形成块内像素、块间自适应扩散，增加算法对明文及密钥的敏感性，直至填满初始加密矩阵，完成加密。

本发明基于分块双层自适应扩散图像加密方法包括如下步骤：

步骤1：混沌系统构造

新混沌系统是由两个不同的已有一维混沌映射作为种子映射构造的非线性混沌系统，构造方程如下：

X_n+1＝(F(a，X_n)+G(b，X_n))mod1 (1)

其中F(a，X_n)、G(b，X_n)为种子映射，a，b分别为其控制参数；mod为取模操作，为保证输出数据在区间(0，1)内；n为迭代次数。

本加密方法利用Logistic、Tent和Sine映射，两两组合作为种子映射，并按式(1)构造出三种新一维混沌映射系统。动力学方程如下：

Logistic-Tent映射动力学方程：

Logistic-Sine映射动力学方程：

x_n+1＝(L(μ，x_n)+S((4-μ)，x_n))mod1