[发明专利]一种超混沌图像加密方法

摘要

本发明提出了一种超混沌图像加密方法，该方法主要应用于灰度图像加密领域。该算法主要内容如下：首先将大小为N×M的明文图像分割成M个列向量组，把得到的向量组中的像素进行比特化，得到8×M个向量组，再进行置乱运算。然后将得到置乱像素值重新映射到[0，255]之间，得到中间密文。最后将Hyperhenon混沌系统的产生混沌序列与中间密文进行扩散运算，得到最终密文。通过实验仿真表明，该算法不但能够改善低维混沌系统存在的缺点，抵抗统计特征攻击、差分攻击，还能有效抵制四种经典攻击，很好地隐藏明文信息，达到很好的加密效果。

主权项

一种超混沌图像加密方法，依次包括密钥初始化过程，置乱变换过程、Hyperhenon超混沌映射扩散过程，其特征在于，(1)密钥初始化过程加密密钥K由长度为400位二进制辅助密K1，输入密钥X0，Y0三部分组成；步骤1：首先将长度为400位二进制辅助密K1切分成十份长度为40位的二进制单元，即得到辅助密钥矩阵K10，K11，...，K19；步骤2：将输入密钥X0，Y0作为Hyperhenon映射的初始密钥，如下式(1)所示，其中使c＝1.76，d＝0.1,且X0，Y0在(0,1)之间取值，产生一组超混沌序列用于扩散运算；XK+1=c-Y2k+1-d*Zk+1Yk+1=XkZk+1=Ykk=0,1,2,...---(1)]]>(2)置乱变换过程步骤1：将N×M明文图像划分成M个列向量组，并且将每个向量组的像素用8位二进制表示，得到8×M个列向量组；步骤2：根据辅助密钥矩阵K10，K11，...，K19的值，计算出猫映射中的两个控制参数v和w，如下式(2)所示：v=bin2dec(K10⊕K11⊕K12⊕K13⊕K14)mod(8×M)w=bin2dec(K15⊕K16⊕K17⊕K18⊕K19)mod(8×M)---(2)]]>步骤3：结合步骤2求得的v和w，并以每个列向量下标为输入变量，代入Arnold映射当中，如下式(3)所示，求得s和t，其中r＝0，1，2，...，8×M表示为每个列向量组的位置标量；s＝0，1，2，...，8×M表示列向量经过Arnold变换后新的位置标量；t表示为列向量比特组向上旋转位移的位数；st=Arrmod(8×M)=1vwvwrrmod(8×M)---(3)]]>步骤4：根据步骤3所得s，将r表示的列向量组移动到s所表示的列向量组中，根据步骤3所得的t，将移动到s位置的列向量组的每个元素向上循环移动t；步骤5：重复步骤3,4进行8×M次，得到中间密文B；(3)Hyperhenon超混沌映射扩散过程步骤1：将得到的二进制中间密文B，变为十进制密文P，大小为N×M；步骤2：设初始值X0为x1，Y0为y1，代入Hyperhenon超混沌映射系统中，舍弃前200次迭代结果，再进行N×M迭代，得到长度为N×M的混沌序列L＝{l1，l2，...，lN×M}，将得到的混沌序列L代入到下式(4)中，使元素值范围变换到[0，255]之间，得到新的混沌序列Q＝{q1，q2，...，qN×M}qi＝mod(li×105，256) 1≤i≤N×M  (4)步骤3：对中间密文P每个像素进行下式(5)操作，令c0为中间密文P的像素值的平均值，这样加大明文与密文相关性，以达到像素扩散效果，得到最终密文C＝{c1，c2，...，cN×M}。ci=mod(qi+pi,256)⊕ci-1,1≤i≤N×M---(5).]]>