[发明专利]基于混沌系统和可逆元胞自动机的图像加密方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于混沌系统和可逆元胞自动机的图像加密方法及系统，涉及图像加密技术领域，本发明首先将二阶元胞自动机、耦合元胞自动机和触发元胞自动机的技术特征相结合，构造了一种可逆的元胞自动机；其次使用二维Logistic混沌系统对图像进行置乱；最后在置乱之后的像素值矩阵上构建二维二阶耦合触发可逆元胞自动机，对像素值进行扩散处理，实现对图像的加密操作。本发明的技术方案中，元胞的演化更加复杂、耦合元胞相互作用影响更强、密钥空间更大的可逆元胞自动机，可以有效抵抗蛮力攻击和统计分析攻击，具有较高的安全性和实用性。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，更具体的说是涉及一种基于混沌系统和可逆元胞自动机的图像加密方法及系统。

背景技术

随着信息和通讯技术的迅猛发展，数字图像逐渐成为传播信息的主要媒介之一。越来越多的数字图像在网络上传播，图像数据的安全性问题日益突出。传统的加密算法如AES、DES、RSA等，将数字图像作为一般文本数据进行处理，即将二维甚至是三维的图像信息按照一定的方法转换为二进制数据流，然后对得到的数据流按照一般加密方法进行加密。但是由于数字图像具有信息量大、冗余度高、像素间相关性强等特点，传统的加密算法在加密效率和性能上并不能达到理想效果，因此如何寻找较好的图像加密方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于混沌系统和可逆元胞自动机的图像加密方法及系统，以克服现有技术的缺点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于混沌系统和可逆元胞自动机的图像加密方法，包括以下步骤：

步骤1、获取待加密图像的灰度图像P，所述灰度图像P的图像尺寸为M×N；获取大小为M×N的混沌矩阵H；

步骤2、将灰度图像P的灰度值矩阵与混沌矩阵H进行异或操作，得到初始加密图像矩阵V；

步骤3、将初始加密图像矩阵V中的每个元素值转换为八位的二进制，得到大小为M×N×8的矩阵S；

步骤4、将矩阵S进行转化，获取二维二阶耦合触发可逆元胞自动机的状态A₀、状态A₁和状态B₀、状态B₁；

步骤5、以状态A₀、状态A₁和状态B₀、状态B₁作为可逆元胞自动机演化的初始条件，基于预置的规则f进行演化处理，得到对应的演化时间步n-1的状态A_n-1、状态B_n-1，以及演化时间步n的状态A_n、状态B_n；

步骤6、保存演化时间步n-1的状态A_n-1、状态B_n-1，将演化时间步n的状态A_n、状态B_n进行整合和进制转换，得到最终的密文图像CP。

可选的，所述步骤1中，获取大小为M×N的混沌矩阵H的方法步骤为：

步骤1.1、设置二维Logistic混沌系统的初始条件和控制参数；

步骤1.2、生成两组长度为m+(M×N)/2的二维Logistic混沌序列，其中m为任意整数；

优选的，为了达到理想效果，一般m取一较大的整数值。

步骤1.3、将所述二维Logistic混沌序列排列成混沌矩阵H。

可选的，所述步骤1.2中，生成二维Logistic混沌序列的步骤为：