[发明专利]一种基于2D-VMD和八维超混沌系统的彩色数字图像加密方法

说明书

一种基于2D‑VMD和八维超混沌系统的彩色数字图像加密方法，属于信息安全技术领域。解决了现有的彩色数字图像加密方法存在安全性差、密钥空间小，容易被破解的问题。技术要点：分离彩色明文图像的红、绿、蓝分量；随机选取系统的初始值，利用彩色明文图像更新并计算得到八维超混沌系统的参数和初始值，对超混沌系统进行迭代，产生两个随机性强的密钥序列；采用2D‑VMD方法分别分解红、绿、蓝分量，用得到的两个密钥序列分别对分解后得到的子图像先后进行像素位置置乱和像素值扩散加密，最后得到相应分解层数的彩色密文图像，然后再解密。与现有的加密方法相比，本发明提供的彩色图像加密算法密钥空间有显著提升，可以有效抵抗多种攻击。

技术领域

本发明信息安全技术领域，涉及一种基于2D-VMD和八维超混沌系统的彩色图像加密方法。

背景技术

随着现代多媒体通信技术、大数据技术的快速发展，以及广泛应用，越来越多的多媒体数据通过因特网进行传播和存储。如何才能有效的保护秘密的信息不被非法这窃取和盗用，最根本的措施是对有价值的信息进行加密传输和存储。由于图像类数据具有数据量大、数据之间相关性高等特点，传统的密码学算法(DES、AES、IDEA、RSA等)不适合图像数据加密，而且会使加密效率降低。于是，基于混沌的信息加密技术成为人们近些年研究的热点。

混沌序列具有对初始值和参数极端敏感、内在伪随机性、非周期性、弱相关性以及混沌信号易于产生等特点，这正符合密码学所要求的特性，因此混沌在信息加密中有着良好的应用前景，尤其是在图像加密场合中，有着独特的优势。自从1998年，Fridrich教授在文献[1]中提出一种针对数字图像的混淆和扩散的加密体制以来，研究人员已经提出了许多种基于混沌的数字图像加密方案。目前，基于混沌的加密算法大致可以分为两类：一类是基于低维混沌映射的图像加密算法，二是基于高维以及超混沌的图像加密算法。但是低维混沌系统用于加密数字图像时，存在密钥空间小、安全性差等问题。因此，研究人员通过高维以及超混沌系统来提高密码系统的安全性。与混沌系统相比，超混沌系统具有更加复杂的非线性动力学特性。

另外，目前所提到的加密算法基本都是在时域内进行，即直接对图像的像素进行操作，以去除图像像素之间的冗余性，使得加密图像不能够被压缩。另外，在文献[2]中指出，可以通过置乱之后的图像特征恢复出明文图像。基于变换域的加密算法相对于时域的加密算法效率更高，能够有效抵抗各种图像攻击，而且可以完全恢复原始图像信息。

D.Zosso在文献[3]中提出：二维变分模态分解可以用最少参数的数学公式表示，而且没有显示插值，是一种非递归，完全自适应的变分方法。该方法按图像的不同中心频率将图像分解为多个子模态，既可以保留图像低频模态的原始信息，也可以保留图像的细节和边缘信息，只要参数合适就可以准确地分解图像。将八维超混沌系统产生的混沌序列用于各个子模态的加密过程，增加了加密算法的密钥空间，提高了算法的安全性。

综上，可看出，现有技术中彩色数字图像一般采用低维混沌系统直接进行时域加密处理，而且很少有与数字图像分解技术进行结合来实现彩色数字图像的加密，这样往往会存在彩色数字图像加密效果差、密钥空间小，容易被破解的缺点。

发明内容

针对背景技术存在的现有的彩色数字图像加密方法存在安全性差、密钥空间小，容易被破解的问题，进而提出一种基于2D-VMD和八维超混沌系统的彩色数字图像加密方法。

为达到上述目的，本发明提出的一种基于2D-VMD和八维超混沌系统的彩色数字图像加密方法，附图1为本发明的彩色图像加密算法流程图，具体过程可以分为三个阶段，分别为密钥产生阶段、加密阶段和解密阶段，其中密钥产生阶段的详细步骤为：

(1)输入彩色明文图像P，分解并得到图像P的红、绿、蓝分量，得到三个大小为W×H的矩阵分量R、G和B；