基于超混沌系统的密钥动态选取的图像加密算法

摘要

本发明涉及一种基于超混沌系统的密钥动态选取的图像加密算法，主要包括以下步骤：将原始明文图像排列成图像数组P，然后利用超混沌系统生成混沌序列并分组；结合依赖明文的KSSG和KS动态选取机制生成正向置乱密钥K₁，对P进行正向置乱得到P1；结合KSSG和KS机制生成正向扩散密钥K₂，对P1进行正向扩散得到P2；结合KSSG和KS动态选取机制生成反向置乱密钥K₃，对P2进行反向置乱得到P3；利用KSSG和KS动态选取机制生成反向扩散密钥K₄，对P3进行反向扩散得到P4，对P4进行重组即得到最终的密文图像。上述方法增加了密钥空间，使得安全性、加密效果和密钥敏感性更高，抗攻击能力更强，并更易于硬件实现。

主权项

一种基于超混沌系统的密钥动态选取的图像加密算法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1.输入图像大小为M×N的灰度图像，并将灰度图像像素按照从左到右，从上到下的顺序排列成一维图像数组P；步骤2.利用超混沌系统生成混沌序列，对混沌序列进行分组，得到分组向量A_i，i∈[0,5]；步骤3.结合依赖明文的KSSG动态选取机制，根据变量index1＝T1％6，i＝index1，动态选取用于生成置乱密钥的A_i，T1为根据明文像素计算公式$y_0=\left\{\begin{array}{cc}0;& \mathrm{if}\max (a_i=0),\\ \frac{{\Sigma }_1^{M\times N}{a}_i}{M\times N\times \max \left(a_i\right)}& \mathrm{otherwise}.\end{array}\right.,$T1＝mod(floor(y₀×10⁸),M×N)计算得到的非负整数，其中，a_i表示原始图像数组P的第i个元素，max(a_i)表示取数组P中的最大值，floor(x)表示小于或等于x的最大整数，mod(a,b)表示a对b的取模运算；并结合KS动态选取机制，根据变量index2＝T2％2+1，动态选取A_i中的元素A_i(index2，S)生成置乱密钥K₁(j)，其中，S∈[1,M×N],j∈[1,M×N]，T2为根据明文像素得到的非负整数，A_i(index2，S)表示A_i中第index2行向量的第S个元素，依据置乱密钥K₁(j)对图像数组P进行正向置乱加密，得到正向置乱加密图像数组P1；步骤4.利用依赖明文的KSSG动态选取机制读取图像数组P中第一个元素P(1)，即T1＝P(1)，根据index1＝T1％6，i＝index1，选取生成扩散密钥的A_i；结合KS动态选取机制，根据变量index2＝T2％2+1，生成扩散密钥K₂(j)，依据扩散密钥K₂(j)对正向置乱加密图像数组P1进行正向扩散加密，得到正向扩散加密图像数组P2；步骤5.利用依赖明文的KSSG动态选取机制，根据变量index1＝T1％6，i＝index1，动态选取用于生成置乱密钥的A_i，T1为根据明文像素依据公式${y_0}^{\prime }=\left\{\begin{array}{cc}0;& \mathrm{if}\max ({a_i}^{\prime }=0),\\ \frac{{\Sigma }_1^{M\times N}{a_i}^{\prime }}{M\times N\times \max \left({a_i}^{\prime }\right)}& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.,$T1＝mod(floor(y₀'×10⁸),M×N)计算得到的非负整数，其中，a_i'表示正向扩散图像数组P2的第i个元素，max(a_i')表示取图像数组P2中的最大值，floor(x)表示小于或等于x的最大整数，mod(a,b)表示a对b的取模运算；并结合KS动态选取机制，根据变量index2＝T2％2+1，生成反向置乱密钥K₃(j)，依据反向置乱密钥K₃(j)对正向扩散加密图像数组P2进行反向置乱加密，得到反向置乱加密图像数组P3；步骤6.利用依赖明文的KSSG动态选取机制，读取正向扩散加密图像数组P2最后一个元素P2(M×N)，T1＝P2(M×N)，依据index1＝T1％6，i＝index1，动态选取A_i；结合KS动态选取机制，根据变量index2＝T2％2+1，选取A_i中的元素生成反向扩散密钥K₄(j)，根据反向扩散密钥K₄(j)对反向置乱加密图像数组P3进行反向扩散加密，得到反向扩散加密图像数组P4，并将反向扩散加密图像数组P4重组为大小M×N的数组密文。