[发明专利]基于光混沌和图像商余预处理的加密方法、解密方法

权利要求书

1.基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用三个参数相同的从激光器生成同步光混沌信号并构建动态密钥集合；

S2、对原始图像进行商余预处理；

S3、利用步骤S1生成的光混沌信号以及动态密钥集合对步骤S2处理后图像进行多次加密。

2.根据权利要求1所述基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，其特征在于，步骤S1中，主激光器发出的光被反射镜反射到三个从激光器，产生三个同步的光混沌信号。

3.根据权利要求1所述基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，其特征在于，步骤S2中，在原始图像中，对于0～64的像素值，进行对2取余；对99～144的像素值，进行对3取余；在196～255的像素值，进行对4取余；其余剩下的像素值保持不变；采用同样的方法对图像进行取商处理，从而得到两个图像，一个是对图像取余后的取商图像，一个是对图像取商后的取余图像；具体处理过程如下：

其中，P为明文图像，P1、P2分别为取余和取商的图像；(i，j)是图像像素的坐标，0i256,0j256；P(i，j)代表像素点的像素值。

4.根据权利要求3所述基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，其特征在于，步骤S3中，从第一从激光器输出的激光混沌信号中随机提取n个值作为图像置乱的加密密钥，n＝3。

5.根据权利要求4所述基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，其特征在于，步骤S3中，进行三步加密，具体如下：

第一步加密：利用提取的加密密钥实现对取商图像的加密，得到了加密图像1；密钥通过与第一从激光器生成的混沌相结合发送到接收端；

其中，K_j为加密的密钥，K_m为第一从激光器混沌序列的前三位，k为密钥；

第二步加密：在第一从激光器产生的混沌中截取前256*256的序列，用取余图像与其结合，得到了加密图像2；

P4＝mod(K_x,250)+P2 (4)

其中，P4是加密图像2，K_x为第一从激光器混沌序列的前256*256项，P2是原始图像取余后的图像；P2的像素值在0～3之间，包括0和3；

第三步加密：利用加密图像2对加密图像1进行图像的隐写，通过伪随机序列对其的扩散处理，得到最终的密文图像；

P5＝mod(P4,64)+P3 (5)

其中，P5是密文图像，P3、P4分别为加密图像1和加密图像2；P3的像素值在0～192之间，包括0和192。

6.根据权利要求5所述基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，其特征在于，第一步加密中，采用二维Arnold置乱，利用加密密钥实现对取商图像的加密，原始图像大小为256*256；

第三步加密中，使用GF(17)域乘法运算对加密图像进行扩散；如式(6)、式(7)所示，在GF(17)域乘法中，输入的图像像素点的灰度值被分为高4位和低4位，灰度值为0～255；高4位和低4位的取值均为0～15，在查表处理时，将它们转化为1～16，查表结果减去1位原高4位和低4位；

其中，S为伪随机序列，P是原始图像，C为256*256的零矩阵，C(0)为零；下标H表示数据的高4位，下标L表示数据的低4位；式(6)代表了正向的扩散，式(7)是对图像逆向的扩散过程。

7.根据权利要求1-6任一项所述基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，其特征在于，经过步骤S3加密后，通过混沌掩蔽技术，即密文图像转化成光学信息，与第一从激光器产生的混沌相叠加，如式(8)所示，通过远距离光纤发送到第三从激光器；

K＝K_m1+K_s (8)

其中，K为混沌掩蔽后光学信息，K_m1、K_s分别为第一从激光器生成的混沌和转化成光学信息的密文。