[发明专利]一种基于混沌映射的动态S盒构造与图像加密方法

说明书

本发明公开了一种基于混沌映射构造动态S盒的图像加密方法，依次包括以下步骤：(1)输入原始图片P(m，n)；(2)将原始图片P带入迭代公式，得到密钥key_i；(3)将密钥key_i作为初始值输入混沌系统，生成动态S盒S‑box_i(i＝1，2，...，8)；(4)将原始图片P(m，n)分块为B_i(i＝1，2，...，8)，每块大小为(5)构造每块明文的S盒，并利用每块明文所对应的S盒对原始图片P进行替换，得到替换后的图像P1；(6)对替换后的图像P1进行置乱，重复5次，得到置乱后的图像P2；(7)将置乱后的图像P2带入扩散公式，得到加密后的图像C。本发明提高算法的加密性能，降低加密算法的复杂度，具有安全、高效的优点。

技术领域

本发明涉及加密系统，尤其涉及一种基于混沌映射的动态S盒构造与图像加密方法。

背景技术

混沌具有遍历性、混合性、确定性以及对初始条件和控制系数的敏感性等显著特点，非常适合于数据的加密。S盒是传统分组密码加密系统中的一个重要构件，也是唯一的非线性组成部分，体现了分组密码置乱和扩散的原则。

但在当前的研究中，仍存在一些未解决的问题，主要体现在：混沌虽然具有非线性的特点，但在用于S盒的构造算法时，由于S盒大小本身的限制，静态S盒在图像加密中的性能不能达到实际应用的要求；得到较高非线性度的S盒，利用更复杂的迭代系统会导致加密算法效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于混沌映射的动态S盒构造与图像加密方法，能够对图像进行加密，确保图像安全，且计算简单，安全高效。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于混沌映射构造动态S盒的图像加密方法，依次包括以下步骤：

(1)输入原始图片P(m，n)，m和n分别表示原始图片的像素的高度和宽度；

(2)将原始图片P带入迭代公式，得到密钥key_i(i＝1,2，...，8)；

其中，p_j表示原始图片P中的第j个像素，k_i(i＝1,2，...，8)的值在(0,1)中选取，为用户选定的8个不同的初始值；

(3)将密钥key_i作为初始值输入混沌系统，生成动态S盒S-box_i(i＝1,2，...，8)；

(4)将原始图片P(m，n)分块为B_i(i＝1,2，...，8)，每块大小为

(5)构造每块明文的S盒，并利用每块明文所对应的S盒对原始图片P进行替换，得到替换后的图像P1；

(6)对替换后的图像P1进行置乱，重复5次，得到置乱后的图像P2；

(7)将置乱后的图像P2带入扩散公式，得到加密后的图像C。

优选地，所述步骤(3)中，利用一维Logistic映射作为混沌系统，一维Logistic映射的数学表达式为x_n+1＝λx_n(1-x_n)，其中，0λ≤4，x_n∈(0,1)，当3.5699456...λ4时，Logistic映射工作处于混沌状态，利用上述公式作为混沌方程生成S盒。

优选地，所述步骤(5)中，利用明文B_i(i＝1,2，...，8)所对应的S盒S-box_i(i＝1,2，...，8)对图像的像素值进行替换，每一像素值在S盒中都有与其对应的一组替换关系，遍历m×n个像素，最终得到替换后的图像P1。