一种基于三维混沌系统的数字图像加密方法

摘要

本发明一种基于三维混沌系统的数字图像加密方法，属于图像加密技术领域，本发明所采用的置乱方法基于像素交换机制，有效克服了经典混沌置乱方法存在的周期性、不动点以及图像形状限制三个缺点；在密钥流元素的使用过程中，每一个密钥流元素均在明文像素的控制下进行循环移位操作，以达到密钥流与明文相关的目的；由于循环移位操作属于贴近底层硬件的位操作，具有极高的执行效率，不会对系统的运算效率有较为明显的影响；此外，由于明文并未改变混沌系统的迭代以及状态变量的量化过程，而是在加密过程中动态改变密钥流元素的值，因此密钥流具备可复用性，这对于要求进行多轮加密的高安全性应用具有潜在的优势。

主权项

一种基于三维混沌系统的数字图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、由加密者设置加密密钥，即作为Lorenz系统的状态变量初始值；步骤2、将待加密图像像素按由左至右、由上至下的顺序展开，获得一个一维数组；步骤3、对Lorenz系统进行预迭代，使其充分进入混沌状态；步骤4、将预迭代后所获得的状态变量重新作为Lorenz系统的状态变量初始值；步骤5、对Lorenz系统执行一次迭代，根据得到的Lorenz系统的x状态变量当前值，对一维数组中的像素实施置乱操作，以消除相邻像素间的相关性；具体为：按照自左向右的顺序，依次将一维数组中每一个像素点与其后面的某一个位置的像素点进行交换，被交换像素点的坐标由Lorenz系统x状态变量、图像大小和当前像素点位置确定，将一个像素点交换完成后，根据Lorenz系统的y状态变量和z状态变量获得密钥流元素，并进行存储；步骤6、判断是否一维数组中所有像素点均完成置乱操作，若是，则执行步骤7，否则返回执行步骤5；步骤7、根据存储的密钥流元素，对置乱后的图像实施扩散操作，改变图像中每个像素点的值，并将每个像素点的影响扩散至整个密文图像；所述的扩散操作共分两轮，其中，第一轮扩散操作：从图像左上角第一个点开始，直至右下角最后一个点结束，方向为自左向右，自上向下；第二轮扩散操作：从图像右下角最后一个点开始，直至左上角第一个点结束，方向为自下向上，自右向左；步骤8、将置乱扩散操作之后获得的一维数组进行存储，完成对图像的加密。