[发明专利]基于指数放大器与改进Zigzag变换的加密方法

说明书

基于指数放大器与改进Zigzag变换的加密方法，涉及图像加密技术领域，为解决现有图像加密方法中存在的密钥空间不足，随机性不够的问题，以及不能有效抵抗已知明文攻击和选择明文攻击的安全缺陷与Zigzag只能适用于方阵导致其泛用性不高的问题，本发明由明文的哈希函数作为logistic混沌系统的初始值，再将Logistic迭代出得数值作为指数级混沌系统的初始值与控制参数，得到明文相关的密钥，再使用改进的Zigziag变换进行对明文进行比特级的置乱与扩散，再使用密钥迭代指数级混沌系统，得到伪随机数列。然后使用伪随机对置乱扩散后的图像进行异或，最后使用混沌系统迭代出的值的索引顺序对图像进行索引排序得到最终的密码图，本方法具有更好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，具体涉及一种基于指数放大器与改进Zigzag变换的加密方法。

背景技术

随着近些年来计算机科学与通讯技术的迅猛发展，人们日常的通讯方式发生了翻天覆地的变化，多媒体通讯已经逐渐成为人们日常交流信息的重要手段，数字信息包含了图像、音频与文字。其中又以图像所蕴含的信息量最大，保护数字图片因此受到了研究人员的广泛关注，并进行研究以维护这些数据的安全性并保护其免受未经授权的用户的侵害。最常见的图像加密方式为扩散与置乱，该机制的图像密码系统通常包含两个阶段：置乱阶段主要是将图像的信息次序依次打乱，将a像素移动到b像素的位置上，b像素移动到c像素的位置上等，使明文、密钥与密文三者的关系无法通过对密文图像进行统计分析从而获得密钥；扩散阶段则是使明文的任意一位像素都能够影响密码图像中多位的值，在置乱扩散加密体系中，密钥和控制参数的生成是算法安全性和复杂性的决定性要素之一。

一个良好的加密算法应该是对密钥敏感的，并且密钥空间足够大以抵抗暴力攻击，同时也应当可以抵抗选择明文攻击、差分攻击与剪切攻击等，近几十年来，基于混沌的图像加密算法被大量的提出来，这些算法可以被分为很多类别，如基于分块的加密算法、基于脱氧核糖核酸(DNA)、基于椭圆曲线(ECC)的方案等

Zigzag变换是一种常见的变换方法。将矩阵中的元素按照“Z”字形依次扫描，并将扫描的元素依次存储在一个一维数组内，之后以某种方式将一维数组重构为二维矩阵，上诉过程即为Zigzag变换。

发明内容

本发明为解决现有图像加密方法中存在的密钥空间不足，随机性不够的问题，以及不能有效抵抗已知明文攻击和选择明文攻击的安全缺陷与Zigzag只能适用于方阵导致其泛用性不高的问题，提供了一种基于指数放大器与改进Zigzag变换的加密方法。

基于指数放大器与改进Zigzag变换的加密方法，该方法具体步骤为：

设定用户加密解密密钥为：初始图像的哈希值，logistic映射和指数级混沌系统的控制参数与初值，迭代次数；具体由以下步骤实现：

步骤一、选择大小为M×N的灰度图像作为原始明文图像Image；

步骤二、计算步骤一所述明文图像Image的哈希值K，并对所述哈希值K的每8位一组进行异或运算，获得四个十进制数h₁，h₂，h₃，h₄；

步骤三、将步骤二生成的h₁，h₂，h₃，h₄计算转换为混沌系统的初始值x1_f，与控制参数μ_chao；采用所述初始值x1_f与控制参数μ_chao迭代混沌系统，生成长度为M×N+3的混沌序列X_chao＝(x₁x₂x₃......x_m×n+2x_m×n+3)；