[发明专利]一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法

摘要

本发明属于图像处理技术，具体涉及一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法，该方法通过涡卷系统生成三段混沌序列，在图像像素位置变换过程中，分别用第一混沌序列和第二混沌序列进行行变换和列变换，在图像像素值替换过程中，又分别用第二混沌序列和第三混沌序列进行正向替代和反向替代，从而有效增加了加密算法的复杂度，保证了系统的安全性。

主权项

1.一种基于多涡卷混沌系统的图像加密方法，其特征在于按照以下步骤进行：S1：利用多涡卷混沌系统产生3个混沌序列，分别记为H₁,H₂,H₃；S2：将图像用像素矩阵P表示，并根据图像大小确定行数M和列数N；S3：截取混沌序列H₁中长为M的序列来构成行置乱随机向量X；S4：截取混沌序列H₂中长为N的序列来构成列置乱随机向量Y；S5：将像素矩阵P中的第i行与第X_i行互换，第j列与第Y_j列互换，从而得到置乱图像P^xy，其中X_i为随机向量X中第i个元素的值，Y_j为随机向量Y中第j个元素的值；S6：从混沌序列H₂中截取长为M×N的序列对置乱图像P^xy各个像素值进行正向替代，然后在从混沌序列H₃中截取长为M×N的序列对其进行反向替代，最终得到加密后的图像；其中，步骤S3中按照：X＝mod{floor[(H₁(1:M)+100)*10^10],M}+1来构成行置乱随机向量X；步骤S4中按照：Y＝mod{floor[(H₂(1:N)+100)*10^10],N}+1来构成列置乱随机向量Y；式中H₁(1:M)表示依次取混沌序列H₁中长为M的序列，H₂(1:N)表示依次取混沌序列H₂中长为N的序列，floor()表示浮点运算函数，mod()表示求模运算函数，将直接运算所得的X中重复的数只保留一个，并用{1,2,…,M}中没有出现在X中的元素由小到大排列在随机向量X的末尾，得到最终的行置乱随机向量X，且该随机向量中的各个元素X_i∈{1,2,…,M}；同理，将直接运算所得的Y中重复的数只保留一个，并用{1,2,…,N}中没有出现在Y中的元素由小到大排列在Y的末尾，得到最终的列置乱随机向量Y，且该随机向量中的各个元素Y_i∈{1,2,…,N}；步骤S6中正向替代序列的生成方式为：Z₁＝mod{floor[(H₂(1:M*N)+100)*10^10],256}；步骤S6中反向替代序列的生成方式为：Z₂＝mod{floor[(H₃(1:M*N)+100)*10^10],256}；其中，H₂(1:M*N)表示依次取混沌序列H₂中长为M*N的序列，H₃(1:M*N)表示依次取混沌序列H₃中长为M*N的序列；步骤S6中，将置乱图像P^xy展开为一维向量；正向替换时，i从1增加到M*N，正向替换后向量记为C且：反向替换时，i从M*N减少到1，反向替换后向量记为D且：其中C₀与D_M*N+1为常数，在密钥中预先给出，P_i^xy为置乱图像P^xy展开为一维向量后的第i个元素，C_i为正向替换后向量C中的第i个元素，D_i为反向替换后向量D中的第i个元素，Z_1,i为正向替代序列Z₁中的第i个元素，Z_2,i为反向替代序列Z₂中的第i个元素。