[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

说明书

本发明公开了一种基于光混沌和图像商余预处理的图像加密方法、解密方法。加密方法包括：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处理后图像进行加密。本发明利用激光器的光混沌特性，对图像像素值的缩小处理以及多次加密和水印操作，使得图像像素值更为集中、分布更加均匀，大大地提高了密文图像的安全性。

技术领域

本发明属于图像加解密技术领域，具体涉及一种基于光混沌和图像商余预处理的加密及解密方法。

背景技术

随着现代社会的发展，技术的提高，以图像和视频为载体的新媒体的出现，极大地丰富了人们的日常生活。但近年来，由于隐私泄露，个人、组织或机构不断遭受损失，人们对图像信息传输的安全性要求越来越高。由于图像通常具有较大的尺寸和较强的空间相关性，因此传统的文本加密方法不适用于图像。1998年，Fridrich J.首先将混沌理论应用于图像加密，引起了众多学者的关注，许多基于混沌系统的图像加密方案被提了出来。但由于窃听者多种多样的算法攻击，如统计攻击、差分攻击等，使得一些加密算法不能够满足安全性的需求，特别是在传输如医疗、军事、航空一些极其重要的信息图像时，图像必须要达到足够的安全性。因此，为了加强对图像安全的保护，研究者们在此道路上仍然在不断地努力。

发明内容

为了解决现有图像加密算法存在安全性不足的问题，本发明提供了一种对基于光混沌和对原始图像进行商余预处理的加密方法、解密方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于光混沌和图像商余预处理的加密方法，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，并构建其动态密钥集合；

S2、对图像加密之前，先对原始图像进行商余预处理。

S3、利用步骤S1生成的激光混沌序列以及密钥集合对处理后图像进行多次加密、水印和扩散等操作。

作为优选方案，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。

作为优选方案，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。

作为优选方案，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(n＝3)个值作为图像置乱的加密密钥。

作为优选方案，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SL1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)