一种基于Logistic双像素矩形映射彩色图像加密及解密方法与流程

一种基于logistic双像素矩形映射彩色图像加密及解密方法
技术领域
1.本发明涉及信息安全领域，更具体地说，它涉及一种基于logistic双像素矩形映射彩色图像加密及解密方法。


背景技术：

2.目前，计算机网络和多媒体技术飞速发展，人们在工作生活中通常使用各种各样的图像来表达信息，其中尤其使用彩色图像居多。由于彩色图像的广泛使用，使得其保密性备受挑战。而信息安全领域常用的加密算法如aes、rsa不能直接用于彩色图像的保密性实现。这是由于一方面彩色图像数据量非常庞大，特别是现在经常使用的高分辨率彩图；另一方面传统的加密算法在设计时主要针对的是文本数据，因而加密算法复杂，例如des算法需要迭代16轮，aes算法至少迭代10轮，而公钥算法如rsa比des效率更低。
3.由于混沌系统的吸引子维数是分维，有非常复杂的分形结构，具有良好的不可预测性，混沌系统具有对初始条件和参数的极为敏感性，因而混沌系统可用于数据保密领域。现有的基于混沌的图像保密技术通常是在混沌映射的基础上对图像进行加密处理。例如公告号为cn108234813a的专利公开了一种“基于超混沌chen系统的明文关联图像加密算法”，该方法通过chen混沌系统产生四个伪随机序列矩阵，然后对明文图像做正向扩散、置乱和逆向扩散等操作，从而得到最终的密文图像。这种方法虽然解决了logistic混沌系统的密钥空间小的问题，但过程复杂，这对图像加密并不利。总体说来，现有技术存在的问题是：算法比较复杂，导致对图像加密和解密时效率较低，非常耗时，对彩色图像加密尤其如此；算法的安全性需要进一步提升。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于logistic双像素矩形映射彩色图像加密方法，在混沌系统的基础上，构造矩形映射函数，很好平衡了算法复杂性与安全性之间的关系。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种基于logistic双像素矩形映射彩色图像加密方法，包括以下步骤：
7.步骤101：根据种子密钥k＝(k1,k2)中的k1构造彩色密钥图像i
k
；
8.步骤102：对读入后的明文彩色图像i
p
转化为rgb颜色空间，并进一步分离至r,g,b通道，得到三幅明文子图像
9.步骤103：根据k2，并利用logistic混沌系统将步骤102中得到的三幅明文子图像进行扰乱，得到
10.步骤104：将步骤103得到的子图像分别执行矩形映射操作，得到各自密文子图像
11.步骤105：将步骤104得到的三幅密文子图像合成为最终密文图像i
c
。
12.作为一种优选方案，步骤101中根据种子密钥构造彩色密钥图像i
k
；所述种子密钥由介于0到255之间的整数构成，其长度可变，最长为256，相当于2048比特长，所构造的密钥图像i
k
表示成rgb空间为
13.作为一种优选方案，步骤102中采用rgb彩色模型对所输入的明文彩色图像进行表示，得到三个分量子图像。
14.作为一种优选方案，步骤103中采用logistic混沌系统数学模型如下：
15.x
k 1
＝μx
k
(1
‑
x
k
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
16.其中，x
k
，x
k 1
∈(0，1)，μ∈(0，4]当3.5699456＜μ＜4时系统进入混沌状态。
17.作为一种优选方案，步骤104中对明文子图像分别以两个像素为一组，输入到矩形函数f中去，分别得到三个密文子图像矩形函数f定义为：
[0018][0019]
其中，row，col分别表示像素pix所在的行号和列号；l，u分别表示像素的紧邻的左边和上边的像素。
[0020]
作为一种优选方案，步骤105中将三幅密文子图像采用rgb模型合成为一个通道的图像，得到最终密文图像。
[0021]
作为一种优选方案，解密算法为加密算法的逆过程。
[0022]
综上所述，本发明具有以下有益效果：
[0023]
1.本发明提供的基于logistic双像素矩形映射彩色图像加密方法可以快速的完成各种彩色图像加解密，加密得到的密文图像破坏了明文图像的结构，能有效抵抗图像像素频率统计攻击；
[0024]
2.本发明提供的基于logistic双像素矩形映射彩色图像加密方法加密效率高，实用性强，能有效抵抗频率统计攻击、选择明文攻击，具有良好的加密效果，本发明能应用于彩色图像的产生、存储、传输等场景，有效保护其机密性。
附图说明
[0025]
图1为本发明实施例中的加密过程的结构示意图；
[0026]
图2为本发明实施例中的解密过程的结构示意图；
[0027]
图3为本发明实施例中的密钥图像构造扫描示意图；
[0028]
图4为本发明实施例中的加密效果图。
具体实施方式
[0029]
本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功
能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
[0030]
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本技术的限定。
[0031]
首先，根据种子密钥构造彩色密钥图像i
k
，其种子由介于0到255之间的整数构成，其长度可变，最长为256，相当于2048比特长；所构造的密钥图像i
k
可表示成rgb空间为
[0032]
其中，彩色密钥图像i
k
的构造方法如下：
[0033]
1.输入混沌的初值；
[0034]
2.利用logistic混沌系统产生大小为l(0<l<256)的序列l1；
[0035]
3.将混沌系统所得到的序列的每一个值放大1000倍后对256取模，得到l2；
[0036]
4.将l2按照图3扫描的顺序填充在16*16的矩阵里，重复的数字跳过不写，余下的部分从小到大的次序依次按照图3填写，直到填满整个矩阵位置，得到大小为16*16的密钥图像i
k
。
[0037]
彩色密钥图像i
k
的构造原理为：密钥由256个灰度像素组成的16阶方阵。i
k
导出取决于种子密钥k1，重复不写，余下按像素从小到大依次填充。
[0038]
然后开始进行图像加密过程，将读入后的明文彩色图像i
p
转化为rgb颜色空间，采用rgb彩色模型对输入的明文彩色图像进行表示，进一步分离至r,g,b通道，得到三幅明文子图像
[0039]
再根据k2，并利用logistic混沌系统将步骤102中得到的三幅明文子图像进行扰乱，得到其中logistic混沌系统数学模型如下：
[0040]
x
k 1
＝μx
k
(1
‑
x
k
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0041]
其中，x
k
,x
k 1
∈(0,1)，μ∈(0,4]当3.5699456<μ<4时系统进入混沌状态。
[0042]
与此同时，对明文子图像分别以两个像素为一组，输入到矩形函数f中去，分别执行矩形映射操作，得到各自密文子图像矩形函数f定义为：
[0043][0044]
其中，row,col分别表示像素pix所在的行号和列号；l,u分别表示像素的紧邻的左边和上边的像素。
[0045]
最后，将三幅密文子图像采用rgb模型将得到的三幅密文子图像合成为一个通道的图像，得到最终密文图像i
c
。
[0046]
上述的方法(算法)均是可逆的，解密算法为上述加密算法的逆过程。
[0047]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人
员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。