[发明专利]基于混合图元和全排列的多图像加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种多图像加密方法。

背景技术

在诸多领域，每天都会产生海量的数字图像，如军事侦探，自然灾害监控，交通监控，天气预报，电子政务，以及个人事务等。同时，近年，各种拍摄设备的大量涌现也加速了大数据时代的到来。例如：一台普通的单反相机每秒钟能拍摄3到5张图像，一个交通摄像头每天能采集成千张图像。在大数据时代，数字图像经常携带许多秘密信息。随着计算机和互联网的飞速发展，多媒体安全，特别是图像安全已成为学术界和工业界的重要挑战之一。

为确保图像的安全传输，研究者提出了许多种单幅图像加密方法。如：基于现代密码体制的图像加密方法、基于矩阵变换的图像加密方法、基于混沌的图像加密方法、基于变换域的图像加密方法和基于DNA计算的图像加密方法。

在大数据时代，尽管多幅图像可通过重复多次执行单幅图像加密算法来完成，但是加密效率往往难以令人满意。多图像加密作为一种新的多媒体安全技术，具有高效的特征，逐渐引起人们的关注。研究者们提出了一些基于光学信息处理系统的多图像加密算法。例如：基于小波变换的多图像加密方法、基于级联分数阶傅里叶变换的多图像加密方法等。然而，这些方法中的大部分都是就基于变换域对图像进行加密，并常常与图像压缩技术结合。因此，解密图像往往存在一些明显的失真。同时，这些算法要求图像数据在空间域和变换域之间来回变换，从而使得这些方法的加密效率往往难以令人满意。在基于数字信息处理手段方面，目前有一种基于位平面和混沌映射的多图像加密方法，由于复杂的运算，该方法的加密效率仍难以令人满意。因此，在定义了纯图元和混合图元概念的基础上，设计了一种基于混合图元和全排列的多图像加密方法。

发明内容

本发明的目的：针对现有多图像加密方法效率低、安全性弱和解密图像存在明显失真等问题，提出一种基于混合图元和全排列的多图像加密方法。

本发明的技术方案：为了实现上述发明的目的，采用的技术方案为基于混合图元和全排列的多图像加密方法，包括如下步骤：

步骤1：将原始图像分割成纯图元集；

步骤2：利用混沌系统产生全排列；

步骤3：按照全排列顺序置乱纯图元；

步骤4：组合混合图元；

步骤5：利用混沌系统产生混沌图像；

步骤6：利用混沌图像改变混合图元的内容。

进一步地，所述步骤1中，为加密k幅m×n等大小的原始图像 I¹_m×n, I²_m×n, …, I^k_m×n，发送方Alice将这k幅图像分割成k个纯图元集，在此，令纯图元的大小均为s×s，计算：

m_x=m/s， （1）

n_y=n/s，（2）

其中，s<min{m, n}为正整数且满足mod(m, s)=0和mod(n, s)=0，因此，纯图元的总数目为k×m_x×n_y。

进一步地，所述步骤2中，分段线性混沌映射（Piecewise linear chaotic map，PWLCM）定义为

，（3）