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    基于雙隨機相位和復合混沌的線性正則域圖像加密方法技術

    技術編號:13960344 閱讀:250 留言:0更新日期:2016-11-03 01:29
    本發明專利技術公開了一種基于雙隨機相位與復合混沌系統的線性正則域圖像加密方法,主要解決現有技術密鑰空間小、密鑰靈敏性低、抗噪性差及魯棒性差的問題。其實現步驟為:1.對原圖進行第一次隨機相位編碼,得到空域編碼后的圖像;2.對空域編碼后的圖像進行線性正則變換,得到時頻變換后的圖像;3.對轉換后的圖像進行第二次隨機相位編碼,得到變換域編碼后的圖像;4.利用復合混沌系統生成混沌序列并對其進行處理,得到行和列置亂地址集合;5.利用行和列置亂地址集合對變換域編碼后的圖像進行空域置亂,得到最終的加密圖。本發明專利技術密鑰空間大、圖像像素之間相關系數低,敏感度高、魯棒性好,提高了圖像通信與傳輸的安全性,可用于信息安全。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術屬于圖像加密
    ,具體地說是一種頻域、空域同時加密的方法,可用于信息安全。
    技術介紹
    在科學技術迅猛發展的今天,計算機網絡漸漸成為人們生活通信的一種重要方式,很多信息諸如圖像、聲音、文本都可以通過計算機網絡快速傳輸,不可避免地會帶來信息安全的問題,其中圖像加密是信息安全領域的一個重要問題,因此圖像信息傳輸和圖像加密技術都引起了廣泛關注。近年來利用線性正則變換和混沌系統對圖像進行加密引起了相關研究人員的廣泛關注?,F有圖像加密方法主要有混沌、Arnold變換等空域置亂方法,以及分數傅里葉變換等頻域置亂方法,由于分數傅里葉變換的自由參數少、加密安全性不高,而線性正則變換正好彌補了自由參數少的缺點?;煦绗F象是非線性動力系統中產生的確定性的一種隨機現象?;煦缦到y產生的序列具有隨機性、還有對初始值和系統參數極度敏感等特性,因此混沌在圖像加密領域被廣泛應用。其中復合混沌相比其他形式的混沌初值敏感性更好,復雜度更高,具有很好的混沌特性,將其與線性正則變換結合可以使圖像置亂程度更高,從而能更好地加密圖像。值得注意的是置亂加密圖像只是在圖像的空域上進行變換,一旦密文丟失部分信息,解密圖像也會隨之丟失那部分信息,即加密魯棒性較差。線性正則變換是在變換域上進行圖像加密,作為一種全新的加密工具,它受到了信號處理領域人員的廣泛關注。線性正則變換最早由Moshinsky和Collins在20世紀70年代提出,其在雷達、聲吶系統中應用廣泛。由于線性正則變換具有3個自由變換的參數,相比分數傅里葉變換1個自由參數,線性正則變換具有更強的靈活性和處理能力,基于這一點,用于圖像加密可以大大增加圖像加密方法的密鑰空間。另外,線性正則變換是分數傅里葉變換的更廣義形式,分數傅里葉變換在變換域上進行的圖像加密的理論完全可以推廣到線性正則變換域。密鑰靈敏性不好是變換域加密方法普遍的缺點,單獨使用變換域加密可能存在被破譯的風險。
    技術實現思路
    本專利技術的目的在于針對上述已有技術的不足,提供一種基于雙隨機相位和復合混沌的線性正則域圖像加密方法,以提高圖像通信與傳輸的安全性、魯棒性以及密鑰的敏感性。本專利技術的技術方案是這樣實現的:雙隨機相位編碼是一種典型的圖像加密手段,其加密過程可以在時頻變換域上進行,由于線性正則變換加密算法存在周期性而具有安全隱患,可以把雙隨機相位系統與線性正則變換相結合,通過打亂周期性來提高加密系統的安全性。根據這一原理,本專利技術先利用隨機相位編碼技術對待加密圖像進行空域隨機編碼,對其進行初步置亂,然后進行線性正則變換,并通過在變換域進行第二次隨機相位編碼和運用復合混沌對圖像進行空域置亂對圖像進行加密。其實現步驟包括如下:(1)輸入一幅N×N的灰度圖像F作為待加密圖像,獲得其二維圖像矩陣f1(x,y);(2)將二維圖像矩陣f1(x,y)與掩模函數exp(j2πn1(x,y))相乘,進行第一次隨機相位編碼,得到隨機相位編碼后的圖像矩陣f2(x,y),其中:n1(x,y)為第一次編碼的N×N的二維隨機矩陣;(3)選取線性正則變換的變換參數a,b,c,d作為密鑰,將編碼后的圖像矩陣f2(x,y)進行二維線性正則變換,得到變換后的二維圖像矩陣La,b,c,d(u,v),其中:a為線性正則變換第一自由參數,b為第二自由參數,c為第三自由參數,d為第四參數;(4)將變換后的二維圖像矩陣La,b,c,d(u,v)與掩模函數exp(j2πn2(u,v))相乘,進行第二次隨機相位編碼,得到第二次編碼后的圖像矩陣g1(u,v),其中:n2(u,v)為第二次編碼的N×N的二維隨機矩陣;(5)分別選取x0、y0作為復合混沌系統的初始值,并將該初值代入復合混沌系統方程中進行迭代,得到用于對x方向置亂的混沌序列{xi本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種基于雙隨機相位和復合混沌的線性正則域圖像加密方法,包括:(1)輸入一幅N×N的灰度圖像F作為待加密圖像,獲得其二維圖像矩陣f1(x,y);(2)將二維圖像矩陣f1(x,y)與掩模函數exp(j2πn1(x,y))相乘,進行第一次隨機相位編碼,得到隨機相位編碼后的圖像矩陣f2(x,y),其中:n1(x,y)為第一次編碼的N×N的二維隨機矩陣;(3)選取線性正則變換的變換參數a,b,c,d作為密鑰,將編碼后的圖像矩陣f2(x,y)進行二維線性正則變換,得到變換后的二維圖像矩陣La,b,c,d(u,v),其中:a為線性正則變換第一自由參數,b為第二自由參數,c為第三自由參數,d為第四參數;(4)將變換后的二維圖像矩陣La,b,c,d(u,v)與掩模函數exp(j2πn2(u,v))相乘,進行第二次隨機相位編碼,得到第二次編碼后的圖像矩陣g1(u,v),其中:n2(u,v)為第二次編碼的N×N的二維隨機矩陣;(5)分別選取x0、y0作為復合混沌系統的初始值,并將該初值代入復合混沌系統方程中進行迭代,得到用于對x方向置亂的混沌序列{xi}和用于對y方向置亂的混沌序列{yi},其中i=0,1,2,...,9999+N;將這兩個混沌序列的前10000個數值去掉對其重新編號,得到用于對x方向置亂的混沌序列{sj}和用于對y方向置亂的混沌序列{kj},j=0,1,2,...,N?1;(6)將上述x、y方向混沌序列{sj}、{kj},按從小到大的順序進行排序,利用排好序的兩個序列的元素值在原混沌序列中的位置標號,作為新混沌序列{s′j}和{k′j};將新混沌序列{s′j}作為行置亂集合P,將新混沌序列{k′j}作為列置亂集合Q,這里行置亂集合和列置亂集合Q={θ0,θ1,...,θN?1},其中i=0,1,,,N?1;(7)將步驟(4)中得到的第二次隨機相位編碼后的圖像矩陣g1(u,v)的行、列依次按照行置亂地址集合Q和列置亂地址集合P中的元素進行置亂,得到加密后的圖像矩陣g2(u,v)。...

    【技術特征摘要】
    1.一種基于雙隨機相位和復合混沌的線性正則域圖像加密方法,包括:(1)輸入一幅N×N的灰度圖像F作為待加密圖像,獲得其二維圖像矩陣f1(x,y);(2)將二維圖像矩陣f1(x,y)與掩模函數exp(j2πn1(x,y))相乘,進行第一次隨機相位編碼,得到隨機相位編碼后的圖像矩陣f2(x,y),其中:n1(x,y)為第一次編碼的N×N的二維隨機矩陣;(3)選取線性正則變換的變換參數a,b,c,d作為密鑰,將編碼后的圖像矩陣f2(x,y)進行二維線性正則變換,得到變換后的二...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:魏德運,王睿巋,李遠敏,鄧斌,
    申請(專利權)人:西安電子科技大學,
    類型:發明
    國別省市:陜西;61

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