[发明专利]类分形模型和希尔伯特同步置乱扩散的加密方法

权利要求书

1.类分形模型和希尔伯特同步置乱扩散的加密方法，其特征是：该方法由以下步骤实现：

步骤一、选择大小为M×N的图像作为原始图像Image；

步骤二、将原始图像Image进行分割，获得子图像Image1和子图像Image2；

步骤三、计算原始图像Image以及子图像Image1和子图像Image2的信息熵ks,ks1,ks2,用作加密密钥；

步骤四、采用三元分数阶离散混沌神经网络系统生成混沌序列，初值由信息熵ks,ks1,ks2生成，迭代混沌系统t+M×N次，t为与明文相关的密钥指针，将前t组值丢弃，获得三组长度均为M×N的混沌密钥流，分别记为X、Y、Z；

步骤五、将原始图像Image所表示的二维像素矩阵映射在二维直角坐标系中，记录二维像素矩阵四个顶点的位置，并作为类分形模型的四个基点，记为基点矩阵B；

步骤六、对步骤四生成的长度均为M×N的混沌密钥流X进行预处理，将X映射在[1,4]的范围内，获得基点选择矩阵R＝{R₁,R₂,…,R_M×N}，从四个基点中随机选择一个基点用于生成类分形模型中的新游戏点；

所述类分形模型下式表示为：

式中，f为距离比，f∈(0,1)，(u_k,v_k)映射在二维直角坐标系中，用于表示类分形模型生成的新游戏点的横、纵坐标；B[R_n][1]和B[R_n][2]分别表示在计算新的游戏点时，由基点选择矩阵R所确定的基点坐标，n＝1,2,…,M×N；

步骤七、初始化矩阵C中所有元素的值为-1，用原始图像Image位置(u_k,v_k)的像素值更新矩阵C中元素的值，并将Image中遍历过的像素位置的值记为-1，用于区分已被置乱和未被置乱的像素位置；

步骤八、将原始图像Image中未遍历到的像素值依次插入到矩阵C中值为-1的位置，获得类分形排序置乱后的像素矩阵SC；

步骤九、截取步骤四中生成的混沌密钥流Y，获得长度分别为M和N的序列S1,S2；对序列S1,S2做升序排列，并记录索引序列矩阵ID1,ID2；

采用索引序列矩阵ID1对步骤八生成的类分形排序置乱后的像素矩阵SC进行列置乱，生成列置乱后的像素矩阵ISC1；

采用索引序列矩阵ID2对所述像素矩阵ISC1进行置乱，生成行置乱后的像素矩阵ISC2；

步骤十、将步骤四中生成的混沌密钥流Z中元素映射在0-255的范围之间，获得序列Z1；并将所述序列Z1变形为M×N的矩阵Z2；

步骤十一、按照希尔伯特曲线的遍历路径对步骤十生成的像素矩阵ISC2进行同步置乱扩散操作，获得最终的密文图像C_image。

2.根据权利要求1所述的类分形模型和希尔伯特同步置乱扩散的加密方法，其特征在于：

还包括解密方法，具体过程为：

步骤A、对加密图像C_image执行希尔伯特同步置乱扩散的逆操作获得列置乱后的矩阵ISC2′；

步骤B、采用下式获得列置乱后的像素矩阵ISC1′；

ISC1′(ID2,:)＝ISC2′

步骤C、采用下式获得类分形排序置乱后像素矩阵SC′；

SC′(:,ID1)＝ISC1′

步骤D、将步骤C获得的像素矩阵SC′变形为一维像素矩阵SC1'；

步骤E、初始化矩阵C'(M×N)中所有元素的值为-1，根据步骤七中类分形模型生成的新游戏点的横、纵坐标(u_k,v_k)，通过下式更新矩阵C'中的元素；将SC1'中遍历过的像素位置的值标记为-1；

C′(u_k,v_k)＝SC1′(k)

步骤F、将一维像素矩阵SC1'变形为M×N的像素矩阵SC2'；

步骤G、将矩阵SC2'中值不等于-1的像素值依次插入到矩阵C'中值为-1的位置，获得解密后的像素矩阵Image'。