[发明专利]基于耦合映像格子模型的图像加密方法

说明书

本发明提供一种基于耦合映像格子模型的图像加密方法。该方法利用明文图像P的哈希值和外部密钥计算得到耦合映像格子混沌系统的控制参数和初始值；然后迭代耦合映像格子系统，得到f(x)混沌序列和耦合映像格子混沌序列；利用索引矩阵对明文图像P进行置乱操作；再利用混沌矩阵与置换图像进行扩散操作；最后对扩散图像进行逆向扩散操作，得到最终的密文图像。本发明方法充分利用耦合映像格子系统映射产生的中间混沌序列，同时多次使用混沌序列，提高了混沌序列利用率，具有足够的密钥空间和高度的密钥敏感性，具有较高的安全性和适用性。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，尤其涉及一种基于耦合映像格子模型的图像加密方法。

背景技术

随着计算机技术和网络技术的快速发展，越来越多的图像通过网络进行传输，但是网络的开放性和共享性对图像信息的安全性构成了巨大威胁。因此，保证图像传输的安全性就变得尤其重要，图像加密是保护图像安全的一种重要手段。由于图像本身具有信息量大、冗余度高和相邻像素相关性高的特点，使得数据加密标准(DES)、国际数据加密算法(IDEA)和改进的加密标准(AES)等传统的加密算法的效率很低而不能满足人们对图像进行实时加密的需求。混沌系统是一种非线性系统，具有遍历性、伪随机性、不可预测性和对初始值的高度敏感性等特性，更适用于图像加密。

但是现有的许多基于耦合映像格子(coupledmap lattice，CML)模型的图像加密算法的f(x)函数大部分采用一维Logistic函数，但是该Logistic混沌系统存在短周期和密钥空间不足等缺点，例如，Wang等提出基于CML的块图像加密算法(XYWang，XMBao.A novelblock cryptosystem based on the coupled chaotic maplattice.NonlinearDynamics,2013,72(4):707-715)，Wang等也提出了一种采用CML和DNA操作的彩色图像加密算法(XY Wang,HL Zhang,XM Bao.Color image encryption scheme using CML and DNAsequence operations,Biosystems(2016)19–26)，Wu等提出一种基于CML的彩色图像DNA加密算法(XJ.Wu,KS Wang,XY Wang,et al.Color image DNA encryption using NCA map-based CML and one-timekeys,Signal Processing 148(2018)272–287)。另外，在生成CML混沌序列X的过程中，需要带入f(x)混沌系统产生中间序列，这些中间序列也是一种混沌序列，计算f(x)也需要一定的时间，但是在基于CML混沌系统的传统加密算法中，仅使用X序列，造成混沌序列缺失，使得原加密算法的安全性不是太高。还有一些算法在加密过程中仅与密钥相关，使得加密算法容易受到选择明文攻击，无法满足高安全性的要求。

发明内容

针对传统加密方法存在安全性不高、易受到选择明文攻击的问题，本发明提供一种基于耦合映像格子模型的图像加密方法。

本发明提供一种基于耦合映像格子模型的图像加密方法，包括：

步骤1：利用明文图像P的哈希值和外部密钥计算得到耦合映像格子混沌系统的控制参数和初始值；其中，所述明文图像P的大小为M×N，M为行数，N为列数；

步骤2：根据所述控制参数和初始值迭代耦合映像格子系统，得到f(x)混沌序列记为F＝{F₁,F₂,F₃}和耦合映像格子混沌序列记为X＝{X₁,X₂,X₃}；

步骤3：利用排序函数分别对序列F₁和序列X₁进行排序，分别得到对应的索引矩阵findex和xindex，利用索引矩阵findex和xindex对明文图像P进行置乱操作，得到置换图像P″；