[发明专利]基于混沌选择置乱和半张量积扩散的彩色图像加密方法

说明书

基于混沌选择置乱和半张量积扩散的彩色图像加密方法，涉及图像加密技术领域，解决现有彩色图像加密安全性方面存在的密钥空间小、抗攻击能力弱等问题，本发明提出的基于混沌选择置乱和半张量积扩散的彩色图像加密方法，由三元分数阶离散混沌神经网络系统，生成明文相关的混沌序列，先对彩色图像的各个分量独立地执行第一次置乱，然后将三个彩色分量进行交叉混淆置乱，最后将半张量积运算应用于扩散操作，改变像素值的大小。本方法将三个彩色分量进行交叉混淆，可以达到更好的置乱效果，也避免了上述情况的发生。将半张量积应用于扩散过程中，大大提高了算法的密钥空间，增强了算法的抗攻击能力。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，具体涉及一种基于混沌选择置乱和半张量积扩散的彩色图像加密方法。

背景技术

在当今大数据时代的背景之下，数据信息安全迎来了前所未有的挑战。图像在数据传输中发挥着十分重要的作用，而图像加密技术是保证图像安全的有效手段，因此图像信息的高效安全加密成为了当前国内外学者研究的热点话题之一。在一些特殊的领域，如医疗、军事、商业，由于涉及患者隐私和机密等信息，对数字图像加密技术有较高的要求。普通数字图像相邻像素间的相关性很强，图像加密原则上要破坏这种相关性规则，将有意义的明文信息转换为无意义的类噪声信号。现有的图像加密技术有很多种类，例如DNA编码、压缩编码、S-box、椭圆曲线等。其中近年来出现的混沌加密技术为图像加密带来了新的突破，由于混沌系统具有参数敏感性、遍历性、伪随机性、不确定性等优良特性，所以非常适合应用于数字图像加密技术中。许多研究将混沌系统与现有的先进加密技术相结合，尚存在一些丞待解决的问题。尤其对彩色数字图像的加密技术中，当攻击者破解一条彩色通道时，整幅图像将很容易被破解。

发明内容

本发明为解决现有彩色图像加密安全性方面存在的密钥空间小、抗攻击能力弱，提供一种基于混沌选择置乱和半张量积扩散的彩色图像加密方法。

基于混沌选择置乱和半张量积扩散的彩色图像加密方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、选择大小为M×N×3的彩色图像作为原始图像Image；

步骤二、将步骤一所述的原始图像Image分成三个色彩分量，分别是红色分量R、绿色分量G、蓝色分量B；

步骤三、采用下式计算明文相关混沌密钥指针p；

式中，floor()为向下取整函数，mod()为求余函数，sum()为求和函数，K,L为用户设定参数，K,L∈N且20K256,L≤20；

步骤四、采用三元分数阶离散混沌神经网络系统生成混沌序列，迭代三元分数阶离散神经网络混沌系统T次，TM×N，获得三组长度为T的混沌序列，分别记为X、Y、Z；

步骤五、分别从步骤四生成的X、Y、Z混沌序列的第p个元素之后开始，截取长度为M×N的混沌序列，记为混沌序列X1、Y1、Z1；

步骤六、将步骤二所述红色分量R、绿色分量G、蓝色分量B分别转换成一维图像红色序列RS，一维图像绿色序列GS，一维图像蓝色序列BS；

步骤七、对步骤五所述混沌序列X1、Y1、Z1按升序排列，获得三个位置索引矩阵positionMatrix1、positionMatrix2、positionMatrix3；

步骤八、采用步骤七所述的位置索引矩阵positionMatrix1对步骤六所述的一维图像红色序列RS中每个像素值进行置乱，采用位置索引矩阵positionMatrix2对一维图像绿色序列GS中每个像素值进行置乱，采用位置索引矩阵positionMatrix3对一维图像蓝色序列BS中每个像素值进行置乱，获得置乱后的三个色彩分量RS1、GS1、BS1；