[发明专利]基于自验证矩阵的混沌医学图像防篡改加密方法

权利要求书

1.基于自验证矩阵的混沌医学图像防篡改加密方法，其特征是：由以下步骤实现：

步骤一、选择大小为M×N的图像作为原始图像P；

步骤二、以用户加密密钥y₁(0)，y₂(0)，y₃(0)，y₄(0)作为分数阶Chen超混沌系统初值，以用户密钥中的T1为该混沌系统的迭代次数，舍弃前t1次迭代结果，选取第t1+1次至t1+M×N次迭代结果，生成四个长度分别为M×N的伪随机序列F1，F2，F3，F4，

步骤三、将步骤二所述的伪随机序列F1、F2和F4，采用下式映射为数值在1-N之间的整数混沌序列EF1，EF2和EF4；

式中，ceil()为向离它最近的大整数取整，mod(a，b)为a除以b的余数；

步骤四、将步骤二所述的伪随机序列F3采用下式映射为数值在1-M之间的整数混沌序列EF3；

EF3＝ceil(mod((F3×10⁴)，M))

步骤五、将步骤三所述的整数混沌序列EF1，EF2，EF4采用下式变形，获得混沌矩阵EM，EM1和EM2；

式中，reshape()函数为重新调整矩阵的行数、列数和维数；

步骤六、将步骤三所述的整数混沌序列EF2和EF4与步骤四所述的整数混沌序列EF3，采用下式的消重方法生成混沌坐标对Q_x，Q_y和Q_z，Q_w；

式中，m＝2，3，4....2M×N，n＝2，3，4....2M×N；Q_x(1)＝EF3(1)，Q_y(1)＝EF2(1)，令Q_z(1)＝EF3(1)，Q_w(1)＝EF4(1)，～ismember()函数是去除重复元素的方法；

步骤七、采用步骤六所述的混沌坐标对Q_x，Q_y，将原始图像P生成自验证矩阵W，用下式表示为：

W(i，j)＝bitxor(P(i，j)-P(Q_x(i)，Q_y(j))，EM(i，j))

式中，i＝1，2，3...M，j＝1，2，3...N，bitxor()为按位异或操作，P(i，j)为原始图像中坐标为(i，j)的像素点的灰度值，P(Q_x(i)，Q_y(j))为原始图像中坐标为(Q_x(i)，Q_y(j))的像素点的灰度值，EM(i，j)为所述混沌矩阵EM中第i行，第j列的元素值；

步骤八、对步骤一所述的原始图像P，按下式进行扩散操作，获得扩散图像C_P；

C_P(i，j)＝bitxor(P(Q_z(i)，Q_w(j))，EM1(i，j))

式中，P(Q_z(i)，Q_w(j))为原始图像中坐标为(Q_z(i)，Q_w(j))的像素点的灰度值；

步骤九、以用户加密密钥x₁(0)，x₂(0)，x₃(0)，x₄(0)为初值，迭代四维超混沌系统T2次，舍弃t2次结果，取t2+1至T2次迭代结果生成得到伪随机序列C1，C2，C3，C4；

选取第t2+1次至t2+2M×N次迭代结果，生成四个长度分别为M×N的伪随机序列C1和C2以及长度为2M×N的伪随机序列C3和C4；用下式表示为：

步骤十、将步骤九所述的四个长度分别为M×N的伪随机序列C1和C2以及长度为2M×N的伪随机序列C3和C4分别经过矩阵变形，获得伪随机矩阵CT1，CT2，CT3，CT4；用下式表示为：

步骤十一、将步骤八获得的扩散图像C_P与步骤七获得的自验证矩阵W按照下述方法进行像素置乱；具体为：

依次选取步骤十所述的伪随机矩阵CT1和CT2中的元素CT1(I，j)和CT2(I，j)；

当CT1(i，j)≤μ₁，则交换C_P(i，j)和C_P((Q_x(i)，Q_y(j))的像素；

当CT1(i，j)＞μ₁，则交换C_P(i，j)和W(Q_z(i)，Q_w(j))的像素，完成所有像素点的交换后，获得置乱图像Ex1；

当CT2(i，j)≤μ₂，则交换W(i，j)和W(Q_x(i)，Q_y(j))的像素；

当CT2(i，j)＞μ₂，则交换W(i，j)和C_P(Q_z(i)，Q_w(j))的像素，完成所有像素点的交换后，获得置乱图像Ex2；所述μ₁，μ₂为用户控制参数，W(i，j)为自验证矩阵中坐标为(i，j)的像素点的灰度值，W(Q_x(i)，Q_y(j))为自验证矩阵中坐标为(Q_x(i)，Q_y(j))的像素点的灰度值，

W(Q_z(i)，Q_w(j))为自验证矩阵中坐标为(Q_z(i)，Q_w(j))的像素点的灰度值，C_P(Q_z(i)，Q_w(j))为扩散图像中坐标为(Q_z(i)，Q_w(j))的像素点的灰度值；

步骤十二、将步骤十一获得的置乱图像Ex1和Ex2进行上下拼接，获得拼接置乱图像EX_PW；

步骤十三、对步骤十二获得的拼接置乱图像EX_PW进行动态扩散，获得动态加密矩阵C_pim；

动态扩散形式如下式为：

式中，R、R1和R2为中间变量，k＝1，2，3，....2M，v＝1，2，3，....N，u₃为动态加密控制参数，u₃∈N，u₃≤2M×N。