[发明专利]基于多混沌链式算法和位平面的数字图像加解密方法

说明书

本发明提出一种基于多混沌链式算法和位平面的数字图像加解密方法，首先将待加密图像按位面权重分解成4个的2位的矩阵，并将这4个矩阵连接成一个大矩阵，利用Lorentz混沌系统生成的混沌序列对这个大矩阵进行位置置乱。再将置乱活动矩阵分解组合成两个4位的矩阵，先由和混沌序列通过cat映射链式计算得到密匙，对加密，由加密后的和混沌序列通过cat映射链式计算得到密匙，对加密。最后将加密后的合并成8位矩阵，得到加密图像。该算法具有显著的一次一密的特征。该方法具有较好的加密效果。

技术领域

本发明涉及计算及图像处理领域，尤其涉及一种基于多混沌链式算法和位平面的数字图像加解密方法。

背景技术

数字图像是最常用的一种信息交流形式，具有生动直观特点，随着多媒体技术的快速发展和互联网的普及，数字图像在军事、政治、医学等众多领域得到广泛引用，要保障数字图像信息安全就需要可靠的数字图像加密技术，近年来基于混沌和位平面的图像加密算法因其具有的独特优点被广泛研究。

现有技术中包含多种加密方法：

1、通过构建新超混沌系统生成密匙序列，并通过构建动态S-box置乱图像像素位置和像素值替换；

2、将明文图像分解成八个二进制图像，再将这八个二进制图像组合成一个大的二进制图像，利用混沌序列对这个大的二进制图像进行位置置乱，最后将置乱后的二进制图像重新组合，得到加密后的图像；

3、将明文图像分解成位平面图像后，然后用不同的混沌系统生成的混沌序列对各个位平面进行置乱，然后将置乱后的位平面重新组合成8位的密文图像；

4、采用复合混沌序列对明文图像进行位面图像的位置置乱，得到密文图像；

5、通过对图像各位平面所蕴含的图像信息量的分析，根据各位平面蕴含的信息量的不同，对含有信息多的高四位位平面和含有信息量少的低四位位平面采用不同的加密方法，从而优化加密算法。

以上这些算法的一个共同特点就是用于位置置乱和像素值替换的混沌序列均与明文图像无关，只与给定的初始密匙相关，在初始密匙不变的情况下，对任何图像加密所使用的混沌序列均不会变化的问题。

此外，将部分明文图像信息引入到密匙序列的生成过程中，增强了密匙序列与明文图像的相关性，具有一图一密的特点。利用明文图像所有像素值的和将超混沌生成的混沌序列改造成满足相关性和随机的密匙序列，对图像进行像素位置置乱和灰度值替换的方法完成图像加密；用明文图像所有像素值的和来计算混沌系统的控制参数和预迭代次数；将明文图像安全哈希算法1(SHA-1) 摘要与用户设定密匙绑定在一起，驱动混沌映射来生成密匙序列。这些算法将明文图像信息与密匙生成过程相结合，但对同一明文图像所选取的信息为一固定值，其变化略显不足。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于多混沌链式算法和位平面的数字图像加解密方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于多混沌链式算法和位平面的数字图像加解密方法，包括如下步骤：

S1，对待加密图像按位面分解成若干矩阵，并把这些矩阵连接成一个大矩阵；

S2，将这个大矩阵位置置乱后，组合成若干个元素值位数高的矩阵；

S3，利用若干矩阵中的一个矩阵和混沌序列通过混沌系统的链式计算，生成密匙序列；

S4，利用密匙序列与其他矩阵进行异或运算，得到加密矩阵；

S5，利用加密后的矩阵和混沌序列通过混沌系统的链式计算，生成另外的密匙序列，利用密匙序列与未加密矩阵进行异或运算加密。将加密后的各矩阵组合成图像矩阵，得到加密图像；