[发明专利]一种基于超混沌系统和自动细胞机的加密图像的解密方法

权利要求书

1.一种基于超混沌系统和自动细胞机的加密图像的解密方法，其特征在于，依次包括以下步骤：

步骤一：将加密后的彩色图像C分为红绿蓝三通道图像，得到红通道图Rc、绿通道图Gc及蓝通道图Bc，其中，Rc、Gc及Bc均为M×N矩阵，M＝1，2，……，m；N＝1，2，……，N；

步骤二：对红通道图Rc、绿通道图Gc及蓝通道图Bc进行替换解密和置乱解密，分别得到替换密钥序列的所有可能值、三个通道图的行置乱序列hr、hg、hb及列置乱序列lr、lg和lb，其中hr表示红通道的行置乱序列，hg表示绿通道的行置乱序列，hb表示蓝通道的行置乱序列，lr表示红通道的列置乱序列，lg表示绿通道的列置乱序列，lb表示蓝通道的列置乱序列，将所有可能值保存在KT表中，所述步骤二中，对红通道图Rc、绿通道图Gc及蓝通道图Bc进行替换解密的过程如下：

(1)令r＝0，利用蓝通道图B_r(i，j)＝r、像素值为0的红通道图R₀及像素值为0的绿通道图G₀合成尺寸为3M×N的彩色图像I_r，其中B_r(i，j)表示第i行第j列的像素值为r，r∈[0，255]，B_r(i，j)、R₀和G₀均为M×N矩阵，i＝1，2，……i；j＝1，2，……，j；

(2)对步骤(1)得到的彩色图像I_r加密，得到密文图像C_r；

(3)将步骤(2)得到的密文图像C_r分解为红通道图绿通道图及蓝通道图计算

其中，R_P、G_P及B_P分别表示红绿蓝通道图R₀、G₀及B_r经行列置乱得到的结果，image_key₁、image_key₂、image_key₃分别表示在加密过程中对密钥序列image_key进行三次置乱过程中得到的密钥序列，由于image_key₁和image_key₂与全0矩阵RP和GP进行异或计算的结果是image_key₁和image_key₂，加密过程中的置乱阶段对全0值的红通道图R₀和绿通道图G₀没有影响，即R_P＝R₀，G_P＝G₀，由式(1)可知，由于B_P存在非0值，故与image_key₃存在不同值，其中，下标C_r为区分作用，并非变量；

(4)将步骤(3)中得到的image_key₁，即转换为长度为M×N的行向量，并将此行向量放到KT表中，KT表是尺寸为(256，M×N)的矩阵；

(5)令r＝r+1，重复步骤(1)至步骤(4)，最后输出KT表；

所述步骤二中，对红通道图Rc、绿通道图Gc及蓝通道图Bc进行置乱解密的过程如下：

(1)利用蓝通道图B_3×γ(i，j)＝3×γ、像素值为0的红通道图R₀及像素值为0的绿通道图G₀合成彩色图像P₀，其中B_3×γ(i，j)表示第i行第j列的像素值为3×γ，γ∈[0，85]，B_3×γ(i，j)、R₀和G₀均为M×N矩阵，彩色图像P₀为3M×N矩阵，γ＝45，则3×γ＝135，即P₀的像素值总和为135；

(2)对步骤(1)得到的彩色图像P₀加密得到密文图像

(3)计算红绿蓝三通道的行置乱序列：根据

标记像素值全为0的红通道图R₀、绿通道图G₀及蓝通道图B₀的第i行前10个值，分别得到R_i、G_i和B_i，其中，R_i、G_i和B_i的尺寸均为M×N，R_i表示第i行的前10个值分别为0，1，…，9而其它值为0的红通道图；G_i表示第i行的前10个值分别为0，1，…，9而其它值为0的绿通道图；B_i表示第i行的前10个值分别为0，1，…，9而其它值为0的蓝通道图；将R_i、G_i和B_i合并为图像I_i，I_i的像素值总和为由式(2)可知，I_i的像素值总和为135，加密I_i得到密文图像C_i，将密文图像和C_i分解得到红绿蓝三通道子图，对红绿蓝三通道子图按其对应通道进行异或计算，并找到三个异或矩阵的非零值，返回这些非零值的行值，则行值中出现次数最多的值便是对应通道子图的行置乱值，即i→hr_i，i→hg_i，i→hb_i，其中，i→hr_i表示I_i的红通道图R_i的第i行经过置乱映射到密文图像C_i的红通道图的第hr_i行；i→hg_i表示I_i的绿通道图G_i的第i行经过置乱映射到密文图像C_i的绿通道图的第hg_i行；i→hb_i表示I_i的蓝通道图B_i的第i行经过置乱映射到密文图像C_i的蓝通道图的第hb_i行；i＝1，2，……i；j＝1，2，……，j；

(4)按照i＝1：M，重复步骤(3)，最终得到RGB固定的行置乱序列hr、hg和hb，其中hr表示红通道的行置乱序列，hg表示绿通道的行置乱序列，hb表示蓝通道的行置乱序列；

(5)计算红绿蓝三通道的列置乱序列：根据

标记像素值为0的红通道图R₀、绿通道图G₀及蓝通道图B₀的第j列前10个值，分别得到R_j、G_j和B_j，其中，R_j、G_j和B_j的尺寸均为M×N，R_j表示第j列的前10个值分别为0，1，…，9而其它值为0的红通道图；G_j表示第j列的前10个值分别为0，1，…，9而其它值为0的绿通道图；B_j表示第j列的前10个值分别为0，1，…，9而其它值为0的蓝通道图；将R_j、G_j和B_j合成为彩色图I_j，I_j的像素值总和为由式(3)可知，I_j的像素值总和为135，加密I_j得到密文图像C_j，将密文图像和C_j分解得到红绿蓝三通道子图，对红绿蓝三通道子图按其对应通道进行异或计算，并找到三个异或矩阵的非零值，返回这些非零值的列值，则列值中出现次数最多的值便是对应通道子图的行置乱值，即j→hr_j，j→hg_j，j→hb_j，其中，j→hr_j表示I_j的红通道图R_j的第j列经过置乱映射到密文图像C_j的红通道图的第hr_j列；j→hg_j表示I_j的绿通道图G_j的第i列经过置乱映射到密文图像C_j的绿通道图的第hg_i列；i→hb_i表示I_j的蓝通道图B_j的第i列经过置乱映射到密文图像C_j的蓝通道图的第hb_i列；

(6)按照j＝1：N，重复步骤(5)，最终得到RGB固定的列置乱序列lr、lg和lb，其中，lr表示红通道的列置乱序列，lg表示绿通道的列置乱序列，lb表示蓝通道的列置乱序列

步骤三：根据步骤一得到的三通道图和步骤二得到的KT表及置乱序列hr、hg、hb、lr、lg和lb，依次破解红通道密文、蓝通道密文和绿通道密文，得到红通道解密图Rh、蓝通道解密图Bh和绿通道解密图Gh；

步骤四：将红通道解密图Rh、蓝通道解密图Bh和绿通道解密图Gh合并得到原始图像H。