[发明专利]基于三维置乱模型和混沌的图像加密方法

摘要

一种基于三维置乱模型和混沌的图像加密方法，属于信息加密领域。目前，多媒体通信技术的快速发展，如何保护图像内容的安全引起了工业界和学术界的共同关注。本发明提出一种基于三维置乱模型和混沌的图像加密方法。受魔方游戏的启发，在定义行置乱，列置乱和位面置乱的基础上，建立了图像的三维置乱模型。首先，利用三维置乱模型对原始图像进行像素置乱；然后，利用混沌，对置乱结果进行异或（exclusive OR，XOR）运算，产生加密图像。实验表明：该算法加密效果良好，密钥空间大，密钥敏感性强，安全性高，高效。

主权项

1.基于三维置乱模型和混沌的图像加密方法，其特征在于，加密过程包括如下步骤：步骤1：混沌序列产生：令原始图像I，其大小为m×n；随机选取分段线性混沌映射（Piece‑Wise Linear Chaotic Map，PWLCM）的初始值z01和参数p1；Alice迭代该映射m次，可获得一个混沌序列Z1={ zi1}m，并计算：ri1=mod(floor(zi1×1016), m)，  （1）其中，zi1∈Z1，R1={ri1}m，floor( )是取整函数；类似地，她随机选取另外一个PWLCM映射的初始值z02和参数p2，迭代该映射n次，可获得一个混沌序列Z2={ zi2}n，并计算：ri2=mod(floor(zi2×1016), n)，  （2）其中，zi2∈Z2，R2={ ri2}n；步骤2：混沌矩阵产生：随机选取二维Logistic映射的初始值x0, y0和控制参数r1, r2, s1, s2，Alice迭代该映射m×n次，可得2个混沌序列X={xi}mn和 Y={yi}mn，并计算：ci1=mod(floor(xi×1016), 8)，  （3）ci2=mod(floor(yi×1016), 256)，  （4）其中，xi∈X，yi∈Y；依据元素位置，Alice将混沌序列{ci1}mn转换成一个大小为m×n的混沌矩阵C1；类似地，她也将混沌序列{ci2}mn转换成一个大小为m×n的混沌矩阵C2；步骤3：三维置乱模型置乱：Alice利用混沌序列R1，对原始图像I执行行置乱，可得置乱结果Ir；Alice利用混沌序列R2，对Ir执行列置乱，可得置乱结果Ic；Alice利用混沌序列C1，对Ic执行位面置乱，可得置乱结果Ie；步骤4：图像扩散：利用混沌矩阵C2，对Ie进行图像扩散操作，可得加密图像J。