[发明专利]一种基于位平面和高维混沌系统的数字图像加密方法

说明书

本发明涉及图像加密解密技术领域，具体为一种基于位平面和高维混沌系统的数字图像加密算法。本发明一种基于位平面和高维混沌系统的数字图像加密算法，通过Lorentz混沌系统生成三个混沌序列，混沌序列用于置乱像素位置，将置乱后的图像分成高四位和低四位两个4位矩阵，在低四位矩阵中随机提取100个值，用这100个值之和将混沌序列改造成两个0‑15的随机序列，对高四位矩阵进行两轮值扩散，最后将两个矩阵合成8比特图像矩阵，得到密文图像，该算法具有显著的一次一密的特性，加密效果好，且通过相应的解密方法能够有效地将加密图像还原成原图像。

技术领域

本发明涉及图像加密解密技术领域，具体为一种基于位平面和高维混沌系统的数字图像加密算法。

背景技术

图像是最常用的一种信息交流形式，具有生动直观特点，随着多媒体技术的快速发展和互联网的普及，数字图像在军事、政治等众多领域得到广泛引用，但由于网络的不安全性，这些图像信息在传输过程中可能丢失或被破坏，一些恶意攻击者也可能试图利用网络窃取传输的信息来达到自己不正当的目的，而他们一旦窃取成功，就会对消息传递者造成无法估计的损失，如果这些信息关系到政府部门或国家机关的重大决策，后果不堪设想。因此如何确保机密图像在互联网上的安全传输成了一个备受关注的世界性课题，要保障数字图像信息安全就需要可靠的数字图像加密技术，近年来基于混沌和位平面的图像加密算法因其具有的独特优点被广泛研究。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种基于位平面和高维混沌系统的数字图像加密算法，首先对待加密图像进行像素级的位置置乱，打破图像相邻像素的高度相关性，再利用图像像素信息改造混沌序列得到满足相关性和随机性的密匙序列，同时建立密匙与明文图像的关联性，通过两轮密匙与图像高四位的异或运算，得到加密图像，加密效果非常好。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于位平面和高维混沌系统的数字图像加密算法，包括，

步骤a1，选取混沌系统，并通过选取的混沌系统迭代产生三个混沌序列，每一所述混沌序列的长度与待加密图像的大小相同；

步骤a2，选取任意一混沌序列，将该混沌序列的值以某种规律重新排序并获取相应的位置序列，根据所述位置序列将待加密图像的像素进行位置置乱以得到第一加密图像；

步骤a3，将第一加密图像分解成高四位位平面矩阵和低四位位平面矩阵；

步骤a4，通过剩余两个混沌序列随机产生第一随机序列一和第一随机序列二，以第一随机序列一为水平坐标，以第一随机序列二为纵坐标，在低四位位平面矩阵中随机选取n个点，并对这n个点的灰度值求和以得到一个备用值；

步骤a5，继续通过剩余两个混沌序列并结合备用值随机产生第二随机序列一和第二随机序列二；

步骤a6，将高四位位平面矩阵从前向后逐个像素与第二随机序列一中的相应值求异或以得到第二加密图像；

步骤a7，将第二加密图像从后向前逐个像素与第二随机序列二中的相应值求异或以得到第三加密图像；

步骤a8，将第三加密图像与低四位位平面矩阵合成最终的加密图像。

作为优选，所述步骤a1具体包括，

输入待加密的8位的灰度图像，令；

输入密钥,利用Lorentz混沌系统的方程式(1)迭代次，舍去混沌序列前个值得到混沌序列；

(1)；

其中,为系统参数。

作为优选，所述步骤a2具体包括，将按从小到大的顺序排序，得到一个新的序列和位置序列；