專利名稱：一種基于混沌軌道擾動的數(shù)字圖像加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加密系統(tǒng)，用于數(shù)據(jù)與信息保護，特別涉及一種基于混沌軌道擾動的數(shù)字圖像加密方法。
背景技術(shù)：
隨著多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的圖像在以Internet，無線網(wǎng)絡(luò)等為代表的開放性網(wǎng)絡(luò)中傳播，極大的方便了信息的訪問與共享，然而由于數(shù)字圖像信息易于拷貝和發(fā)布，在商業(yè)、軍事、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域的眾多敏感信息易于被截獲和破解，其傳播存在很大的安全隱患，與文字信息相比，數(shù)字圖像具有容量大，冗余度高等特點，傳統(tǒng)的分組加密方法，如數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES，Data Encryption Mandard)，國際數(shù)據(jù)加密算法(IDEA, International Data Encryption Algorithm),高級力口密標(biāo)準(zhǔn)(AES, Advanced Encryption Standard)等，并不適合于圖像加密，尤其在加密速度方面，不能滿足日益增長的實時網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨蟆Ｗ陨鲜兰o(jì)90年代以來，很多學(xué)者發(fā)現(xiàn)混沌學(xué)與密碼學(xué)存在緊密的聯(lián)系，混沌動力系統(tǒng)的許多基本特性，例如初值與系統(tǒng)參數(shù)極端敏感性、遍歷性、偽隨機性等，可很好的滿足現(xiàn)代密碼學(xué)構(gòu)建高安全性加密系統(tǒng)的要求，混沌流密碼提供了安全性與加密效率的一個良好的平衡，既具有很高的安全性保證，又具有極高的加密速度，非常適合數(shù)字圖像的實時、安全網(wǎng)絡(luò)傳輸，近十年來，混沌加密技術(shù)得到了廣泛研究，并取得一定成果，現(xiàn)有混沌圖像加密方法的通用體系結(jié)構(gòu)如

圖1所示，加密系統(tǒng)由兩個迭代模塊組成，分別實現(xiàn)消除相鄰像素間的強相關(guān)性和改變圖像的統(tǒng)計特性在置亂階段，圖像中每個像素點的位置以被打亂，而保持像素值不變；在擴散階段，每一點的像素值按從上至下、從左至右的順序被改變；用于擴散的密鑰流基于混沌映射量化產(chǎn)生，像素值的改變通過異或運算實現(xiàn)；加密系統(tǒng)的密鑰為控制置亂-擴散過程的混沌映射的初始參數(shù)與初始值，為了達(dá)到充分消除相鄰像素間的相關(guān)性的目的，置亂過程共迭代m輪(m > 1)，整體置亂-擴散操作可根據(jù)安全性需求執(zhí)行η輪(n ^ 1)，然而，在現(xiàn)有成果中，用于擴散的密鑰流僅與密鑰相關(guān)，即如果密鑰不加以更改，相同的密鑰流將用于加密不同的明文圖像，因此，攻擊者可采用已知明文攻擊或選擇明文攻擊手段來破譯加密系統(tǒng)，例如，攻擊者可構(gòu)造一幅由特殊像素值構(gòu)成的明文圖像，應(yīng)用加密系統(tǒng)對該圖像進行加密，通過將明文圖像與密文圖像相比較，可得到使用的密鑰流。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提供一種基于混沌軌道擾動的數(shù)字圖像加密方法，在擴散過程中引入與明文相關(guān)的混沌軌道擾動機制，根據(jù)密文像素值擾動混沌系統(tǒng)的控制參數(shù)，達(dá)到提升擴散效果、提高加密系統(tǒng)安全性的目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種基于混沌軌道擾動的數(shù)字圖像加密方法， 包括以下步驟
步驟1 采用基于廣義離散Baker映射的方法對明文圖像進行置亂處理，改變圖像中每一像素點的位置，具體方法為步驟1-1 設(shè)待加密明文圖像的大小為NXN，由加密者設(shè)置置亂密鑰Iii,其中，N表示圖像在水平或垂直方向的像素個數(shù)，i = 0,1, ...，k-l，ni可整除N且η。+ηι+…+Iv1 = N;步驟1-2 按步驟1-1設(shè)置的置亂密鑰，將明文圖像垂直分割為k個高度為N、寬度為叫(1 = 0，1，…，k-Ι)的矩形條帶；采用基于廣義離散Baker映射的方法將這些垂直條帶在水平方向拉伸，在垂直方向壓縮，得到k個高度為ni、寬度為N的水平條帶；最后依次將所有經(jīng)變換得到的水平條帶自下而上堆疊在一起，公式如下
權(quán)利要求
1. 一種基于混沌軌道擾動的數(shù)字圖像加密方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1 采用基于廣義離散Baker映射的方法對明文圖像進行置亂處理，改變圖像中每一像素點的位置，具體方法為步驟1-1 設(shè)待加密明文圖像的大小為NXN，由加密者設(shè)置置亂密鑰ni，其中，N表示圖像在水平或垂直方向的像素個數(shù)，i = 0，1，…，k-l，ni可整除N且nQ+ni+…+Iv1 = N;步驟1-2 按步驟1-1設(shè)置的置亂密鑰，將明文圖像垂直分割為k個高度為N、寬度為Iii 的矩形條帶，所述i = 0，1，…，k-Ι ；采用基于廣義離散Baker映射的方法將這些垂直條帶在水平方向拉伸，在垂直方向壓縮，得到k個高度為ni、寬度為N的水平條帶；最后依次將所有經(jīng)變換得到的水平條帶自下而上堆疊在一起，公式如下
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混沌軌道擾動的數(shù)字圖像加密方法，其特征在于步驟 2-4所述的判決門限的取值為0. 5。
全文摘要
一種基于混沌軌道擾動的數(shù)字圖像加密方法，涉及加密系統(tǒng)領(lǐng)域，方法如下采用基于廣義離散Baker映射的方法對明文圖像進行置亂處理；采用基于Logistic映射的方法對置亂后的圖像進行擴散處理，改變圖像中每一點的像素值；根據(jù)加密強度要求，進行多輪加密，本發(fā)明方法通過引入與明文相關(guān)的混沌軌道擾動機制，使密鑰流不僅與密鑰相關(guān)，而且與明文相關(guān)，因此，加密系統(tǒng)的擴散效果得到了有效提升并且抗已知明文和的能力得到了顯著提高；本發(fā)明擴散過程中對某個像素值的改變，依賴于該像素點所有前面已加密的像素值的累積效應(yīng)，因此一個像素值的微小改變，可有效的擴散到圖像中后續(xù)的所有像素；本發(fā)明方法加密時間短。
文檔編號G06T1/00GK102360488SQ201110302488
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者付沖, 孟威宏, 索濤, 馬宏峰 申請人:付沖, 索濤