一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法技術

本發明專利技術公開了一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法，將圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)拼接為圖像Oe(μ,υ)，基于邏輯映射產生序列S1、序列S2、序列S3，用序列S1對圖像Oe(μ,υ)進行置亂，得到圖像Oe′(μ,υ)，將圖像Oe′(μ,υ)分解為圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)，計算圖像O1′(μ,υ)中的純相位掩模exp(jM1(x,y))和純相位掩模exp(jM2(x,y))，利用序列S2對純相位掩模exp(jM1(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM1′(x,y))，利用序列S3對純相位掩模exp(jM2(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM2′(x,y))，對圖像O2′(μ,υ)進行兩次逆自由空間波傳播，得到密文圖像V(ξ,η)。能增加加密系統的非線性，提高了安全性。

A double image encryption method based on interference and logical mapping

【技術實現步驟摘要】
一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法
本專利技術屬于圖像加密方法
，涉及一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法。
技術介紹
圖像作為信息的重要載體，其在傳輸過程中的安全尤為重要，因此對圖像加密的研究具有重要意義。近年來，光學方法由于其并行處理和高速度的優點在信息安全方面得到了廣泛的應用。RefregierPhilippe和JavidiBahram在1995年提出的雙隨機相位編碼方法可以將圖像加密為具有靜止白噪聲的密文。傳統的雙隨機相位編碼方法因其固有的線性容易受到不同類型的攻擊。近年來，它已經發展到了菲涅爾變換域、分數傅立葉域和回轉器變換域。袁琳等人提出了在不可分的的分數傅立葉域中進行雙圖像認證的方法。AbuturabMuhammadRafiq提出了一種基于隨機頻譜分解的非對稱多圖像加密方法。自從張妍等人使用干涉的方法將圖像加密成兩個純相位掩模之后，越來越多的研究者開始將干涉的方法用于圖像加密、隱藏和認證。但傳統的干涉方法存在明文圖像的輪廓問題，以及傳統的雙隨機相位編碼方法存在非線性低，容易遭受不同類型的攻擊的缺點。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法，解決了現有技術中存在的圖像加密的非線性低、干涉方法明文圖像的輪廓的問題。本專利技術所采用的技術方案是，一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法，包括如下步驟：步驟1、將圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)拼接為圖像Oe(μ,υ)，圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)像素均為M×N，圖像Oe(μ,υ)像素為M×2N；步驟2、基于邏輯映射產生序列S1、序列S2、序列S3；步驟3、用序列S1對圖像Oe(μ,υ)進行置亂，得到圖像Oe′(μ,υ)；步驟4、將圖像Oe′(μ,υ)分解為圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)，圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)像素均為M×N；步驟5、計算圖像O1′(μ,υ)中的純相位掩模exp(jM1(x,y))和純相位掩模exp(jM2(x,y))；步驟6、利用序列S2對純相位掩模exp(jM1(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM1′(x,y))，利用序列S3對純相位掩模exp(jM2(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM2′(x,y))，并將掩模exp(jM1′(x,y))和掩模exp(jM2′(x,y))作為主密鑰；步驟7、對圖像O2′(μ,υ)進行兩次逆自由空間波傳播，得到密文圖像V(ξ,η)。本專利技術的特點還在于：其解密過程為：步驟A、對密文圖像V(ξ,η)進行兩次級聯自由空間波傳播得到置亂后的圖像O2′(μ,υ)：其中，|·|表示模數；步驟B、先利用序列S2對掩模exp(jM1′(x,y))進行逆置亂，得到純相位掩模exp(jM1(x,y))，先利用序列S3對掩模exp(jM2′(x,y))進行逆置亂，得到純相位掩模exp(jM2(x,y))，再通過下式計算得到圖像O1′(μ,υ)：O1′(μ,υ)＝|exp(jM1(x,y))*h(x,y；l)+exp(jM2(x,y))*h(x,y；l)|2(17)；步驟C：將圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)拼接為圖像Oe′(μ,υ)；步驟D：利用序列S1對圖像Oe′(μ,υ)進行逆置亂得到圖像Oe(μ,υ)；步驟E：將圖像Oe(μ,υ)分解為圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)。步驟2具體為：邏輯映射的一維非線性迭代過程為：x(n+1)＝p×x(n)×(1-x(n))(1)其中，x(n)∈(0,1)，p∈[3.5699456,4]，丟棄隨機序列的前P個迭代值，則由式(1)產生的隨機序列為：X＝{x(j)|j＝1,2,...,4MN+P}(2)；丟棄隨機序列X的前P個迭代值，得到如下三個子序列S1、S2和S3：S1＝{x(j)|j＝P+1,P+2,...,P+2MN}(3)；S2＝{x(j)|j＝P+2MN+1,P+2MN+2,...,P+2MN+MN}(4)；S3＝{x(j)|j＝P+3MN+1,P+3MN+2,...,P+3MN+MN}(5)；步驟3具體為：步驟3.1、對隨機序列S1進行重新排列，得到序列S1′＝{x(w(j))|j＝P+1，P+2，...，P+2MN}，其中，w(j)表示在序列S1中的第w(j)個迭代值映射到序列S1′中的第j個；步驟3.2、先將圖像Oe(μ,υ)重排為一維序列F，F＝{f(j)|j＝1,2,...,M×2N}，使用序列S1′對序列F進行處理得到序列F′，其中，序列F中的第w(j)個像素值映射到序列F′中的第j個；然后把序列F′重排為二維矩陣得到圖像Oe′(μ,υ)。步驟5具體包括：對圖像O1′(μ,υ)進行隨機相位掩模調制后得到復對象函數O′(μ,υ)：其中，rand(μ,υ)是一個產生0和1之間的均勻分布的隨機函數，同時復對象函數O′(μ,υ)也可表示為：O′(μ,υ)＝exp(jM1(x,y))*h(x,y；l)+exp(jM2(x,y))*h(x,y；l)(7)；其中，*表示卷積運算，h(x,y；l)表示菲涅爾變換的點脈沖函數，其表達公式為：其中，λ為照射光的波長，由公式(6)、(7)、(8)得到：其中，F{·}和F-1{·}分別表示傅里葉變換和傅里葉逆變換，則相位掩模M1和相位掩模M2為：M1＝arg(D)-arccos(abs(D)/2)(10)；M2＝arg(D-exp(jM1))(11)；其中，arg(·)和abs(·)分別用于計算相角和復模數，變量D根據下式計算：步驟6具體包括：將序列S2重新排列為二維矩陣S2′，根據下式計算掩模exp(jM1′(x,y))：exp(jM1′(x,y))＝exp(j(M1(x,y)+α1(x,y)))(13)；其中，α1(x,y)＝π-arccos((2-(S2′(x,y))2)/2)；采用上述方法得到掩模exp(jM2′(x,y))。步驟7具體包括：對圖像O2′(μ,υ)進行如下變換過程，得到復數分布U(μ,υ)：其中，表示波長為λ、軸向距離為z1的逆自由空間波傳播；再將U(μ,υ)乘以純相位掩模exp(jM2′(x,y))，得到另一個復數分布V(ξ,η)，即為密文V(ξ,η)：其中，表示波長為λ、軸向距離為z2的逆自由空間波傳播。本專利技術的有益效果是：本專利技術的加密方法，結合雙隨機相位編碼方法解決了干涉方法帶來的輪廓問題；利用邏輯映射對純相位掩模exp(jM1(x,y))和純相位掩模exp(jM2(x,y))進行置亂，能增加加密系統的非線性，提高了安全性；主密鑰exp(jM1′(x,y))和exp(jM2′(x,y))在加密過程中產生，能有效抵抗選擇明文攻擊等傳統攻擊；利用邏輯映射的條件作為額外的密鑰，進一步擴大密鑰空間，提高系統的安全性。附圖說明圖1是本專利技術基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法的流程圖；圖2(a)是本專利技術基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法的明文圖像a；圖2(b)是本專利技術基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法的明文圖像b；圖3(a)是本專利技術基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法的主密鑰a示意圖；圖3(b)是本專利技術基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法的主密鑰b示意圖；圖4(a)是本專利技術基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1、將圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)拼接為圖像Oe(μ,υ)，所述圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)像素均為M×N，所述圖像Oe(μ,υ)像素為M×2N；步驟2、基于邏輯映射產生序列S1、序列S2、序列S3；步驟3、用所述序列S1對圖像Oe(μ,υ)進行置亂，得到圖像Oe′(μ,υ)；步驟4、將所述圖像Oe′(μ,υ)分解為圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)，所述圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)像素均為M×N；步驟5、計算所述圖像O1′(μ,υ)中的純相位掩模exp(jM1(x,y))和純相位掩模exp(jM2(x,y))；步驟6、利用所述序列S2對純相位掩模exp(jM1(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM1′(x,y))，利用所述序列S3對純相位掩模exp(jM2(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM2′(x,y))，并將掩模exp(jM1′(x,y))和掩模exp(jM2′(x,y))作為主密鑰；步驟7、對所述圖像O2′(μ,υ)進行兩次逆自由空間波傳播，得到密文圖像V(ξ,η)。...

【技術特征摘要】
1.一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟1、將圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)拼接為圖像Oe(μ,υ)，所述圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)像素均為M×N，所述圖像Oe(μ,υ)像素為M×2N；步驟2、基于邏輯映射產生序列S1、序列S2、序列S3；步驟3、用所述序列S1對圖像Oe(μ,υ)進行置亂，得到圖像Oe′(μ,υ)；步驟4、將所述圖像Oe′(μ,υ)分解為圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)，所述圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)像素均為M×N；步驟5、計算所述圖像O1′(μ,υ)中的純相位掩模exp(jM1(x,y))和純相位掩模exp(jM2(x,y))；步驟6、利用所述序列S2對純相位掩模exp(jM1(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM1′(x,y))，利用所述序列S3對純相位掩模exp(jM2(x,y))進行置亂得到掩模exp(jM2′(x,y))，并將掩模exp(jM1′(x,y))和掩模exp(jM2′(x,y))作為主密鑰；步驟7、對所述圖像O2′(μ,υ)進行兩次逆自由空間波傳播，得到密文圖像V(ξ,η)。2.根據權利要求1所述的一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法，其特征在于，其解密過程為：步驟A、對所述密文圖像V(ξ,η)進行兩次級聯自由空間波傳播得到置亂后的圖像O2′(μ,υ)：其中，|·|表示模數；步驟B、先利用序列S2對掩模exp(jM1′(x,y))進行逆置亂，得到純相位掩模exp(jM1(x,y))，先利用序列S3對掩模exp(jM2′(x,y))進行逆置亂，得到純相位掩模exp(jM2(x,y))，再通過下式計算得到圖像O1′(μ,υ)：O1′(μ,υ)＝|exp(jM1(x,y))*h(x,y；l)+exp(jM2(x,y))*h(x,y；l)|2(17)；步驟C：將圖像O1′(μ,υ)和圖像O2′(μ,υ)拼接為圖像Oe′(μ,υ)；步驟D：利用序列S1對圖像Oe′(μ,υ)進行逆置亂得到圖像Oe(μ,υ)；步驟E：將圖像Oe(μ,υ)分解為圖像O1(μ,υ)和圖像O2(μ,υ)。3.根據權利要求1所述的一種基于干涉和邏輯映射的雙圖像加密方法，其特征在于，所述步驟2具體為：邏輯映射的一維非線性迭代過程為：x(n+1)＝p×x(n)×(1-x(n))(1)其中，x(n)∈(0,1)，p∈[3.5699456,4]，丟棄隨機序列的前P個迭代值，則由式(1)產生的隨機序列為：X＝{x(j)|j＝1,2,...,4MN+P}(2)；丟棄隨機序列X的前P個迭代值，得到如下三個子序列S1、S2和S3：S1＝{x(j)|j＝P+1,P+2,...,P+2MN}(3)；S...

【專利技術屬性】
技術研發人員：隋連升，趙小宇，杜聰，張笑，
申請(專利權)人：西安理工大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61