[发明专利]基于混沌映射与数列变换的图像加密算法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种数字图像加密算法，尤其涉及一种基于混沌映射与数列变换的图像加密算法。 

背景技术：

随着科技日新月异的发展，信息技术在人们的日常生活中得到了广泛的应用，同时，网络技术与多媒体技术的完美结合使得网络的应用范围得到了进一步的拓宽，大量的多媒体信息通过互联网这一媒介进行交换使用。因此，网络信息交流在今天显得尤为重要，数字图像作为多媒体信息的重要载体，对于图像的安全传输成为现阶段信息安全问题的一个重要方向。将数字图像信息加密处理，使之成为不可分辨的秘密图像这一过程近年来在该领域得到了广泛的研究，加密的方法主要是对图像像素点的位置进行变换或每一个像素点的像素值进行变换。由于混沌系统具有随机性，和对于初值的敏感性，使其在图像加密中被广泛运用。近年来许多专家学者也得出其研究成果，2009年，罗军在文献1“基于混沌系统的数字图像加密算法”（计算机工程与设计，2009,08）中提出的方法是对Lorenz系统产生的实值序列进行预处理得到伪随机的整数序列，然后利用预处理后的整数序列作为密钥流，对数字图像进行多轮的幻方变换和非线性变换来实现数字图像的加密。这种加密算法可以实现图像加密，但是在噪声或者剪切等安全攻击中没有体现出该方法的优势，使得加密后的图像抗攻击方面没有保障。2010年，周蕊在文献2“一种基于混沌序列的数字图像加密算法”（微电子学与计算机，2012,12（27））中鉴于传统图像加密技术和低维混沌加密技术的局限性，构造了二维Logistic系统，分析其混沌特性，并将其与数字图像置乱技术相结合，设计了一种基于二维Logistic混沌系统的数字图像加密算法。该文中重点利用了混沌系统的伪随机特性，密钥空间扩大，但是在抗统计分析方面很薄弱。 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于混沌映射与数列变换的图像加密算法，该算法是对Logistic混沌系统的重新利用。在保证图像加密效果的同时，能够抵御来自统计分析，剪切、噪声和滤波等安全攻击。且密钥空间大安全度 

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 

抗差分检测的高位空域隐藏方法，包括以下步骤： 

(1)将大小为M*N的灰度图像的每个像素点的值转换成二进制，然后将通过Logistic混沌序列生成的大小为M*N的矩阵的值转换成二进制，将两个对应位置的二进制数进行按位异或处理。 

(2)对于异或后图像进行位置置乱变换，将Logistic混沌序列通过变换生成大小为M*M的行矩阵C_r和大小为N*N的列矩阵C_c，用所得行矩阵乘以异或后的灰度图像像素值矩阵再乘以列矩阵，图像加密结束。 

本发明所述的Logistic混沌序列为X_n+1=μ₀*X_n*(1-X_n)，其中，0＜μ₀≤4，0＜X₀＜1，n为自然数，X_n在区间[0,1]上遍历，由于图像具体像素点的灰度值变换在0到255之间，而此混沌系统产生的数列值大都是在0到1之间，所以需要将所得的每一个数列值扩大1000倍然后对256取模。 

本发明所述的行矩阵和列矩阵形成方法如下：当n=X_m时，行矩阵C_r(m，n)的值为1，否则为0，当m=X_n时，列矩阵C_c(m,n)的值为1，否则为0，其中m，n为所形成行列变换的位置下标。 

附图说明

图1是基于混沌映射与数列变换的图像加密算法流程图； 

图2是对算法加密解密效果图； 

图3是对加密后的图像进行灰度统计分析直方图； 

图4是对加密后图像剪切攻击效果图； 

图5是对加密后图像噪声攻击效果图； 

图6是对加密后图像滤波攻击效果图； 

图7是对加密后图像混合攻击效果图 

具体实施方式

图1是基于混沌映射与数列变换的图像加密算法流程图；本发明的基于混沌映射与数列变换的图像加密算法包括以下步骤：