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专利号: 2017107237045
申请人: 衡阳师范学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双混沌交叉扩散的彩色图像加密方法,其特征在于,包括以下步骤:

(1)取图像大小为M*N的彩色图像I;

(2)将图像I的像素值二维矩阵转换成一维矩阵A[0,M*N‑1];

(3)随机产生两个密钥分别为key[0]和key[1],key[0]∈(0,1),key[1]∈[‑1,1],其中key[0]作为Logistic迭代的初始密钥,key[1]作为ChebyShev迭代的初始密钥;

(4)以key[0]为初始密钥,用Logistic映射迭代至少100次后,再用ChebyShev迭代3次,将这3次ChebyShev迭代产生的结果取绝对值后分别保存在ChebyShev_x[0]、ChebyShev_x[1]、ChebyShev_x[2]中;

(5)以key[1]为初始密钥,用ChebyShev映射迭代至少100次后,再用Logistic迭代3次,将这3次Logistic迭代产生的结果取绝对值后分别保存在Logistic_x[0]、Logistic_x[1]、Logistic_x[2]中;

(6)从A中按照像素点的排列顺序取像素点并保存该像素点未解密时的值,若当前像素点位置为奇数则用ChebyShev混沌映射以步骤(4)中产生的ChebyShev_x[0]、ChebyShev_x[1]、ChebyShev_x[2]为初始密钥迭代,每次迭代都将结果记录下来并分别保存到ChebyShev_x'[0]、ChebyShev_x'[1]、ChebyShev_x'[2],然后像素点的三个通道B、G、R分别异或ChebyShev_x'[0]、ChebyShev_x'[1]、ChebyShev_x'[2],再将ChebyShev_x'[0]、ChebyShev_x'[1]、ChebyShev_x'[2]分别赋值给ChebyShev_x[0]、ChebyShev_x[1]、ChebyShev_x[2]用作下一次像素点的加密;若此像素点位置为偶数则用Logistic混沌映射以步骤(5)中产生的Logistic_x[0]、Logistic_x[1]、Logistic_x[2]为初始密钥迭代,每次迭代都将结果记录并保存到Logistic_x'[0]、Logistic_x'[1]、Logistic_x'[2],然后像素点的三个通道B、G、R分别异或Logistic_x'[0]、Logistic_x'[1]、Logistic_x'[2],再将Logistic_x'[0]、Logistic_x'[1]、Logistic_x'[2]分别赋值给Logistic_x[0]、Logistic_x[1]、Logistic_x[2]用作下一次像素点的加密;

(7)对加密后的像素点进行扩散,取正在加密的像素点的前一个位置像素点R'、G'、B'分量分别与正在加密的像素点的B、R、G或者G、B、R分量进行异或操作即R'⊕B,G'⊕R,B'⊕G或者R'⊕G,G'⊕B,B'⊕R;

(8)重复步骤(6)和(7)直到遍历A中所有像素点,最后输出密文图像I'。

2.如权利要求1所述的基于双混沌交叉扩散的彩色图像加密方法,其特征在于:所述步骤(4)中,Logistic混沌映射如式(1)所示:xn+1=μxn(1‑xn),xn∈(0,1)   (1)

其中,xn为Logistic混沌映射的第n次迭代量,系统参数μ∈(3.5699456,4]时,Logistic映射的输入输出均分布在(0,1)上,Logistic映射处于混沌状态。

3.如权利要求1所述的基于双混沌交叉扩散的彩色图像加密方法,其特征在于:所述步骤(5)中,ChebyShev混沌映射如式(2)所示:xn+1=cos(k*arccos(xn)),xn∈[‑1,1] (2)

其中k≥2,系统迭代初始值由用户输入的密钥决定。

4.一种基于双混沌交叉扩散的彩色图像解密方法,其特征在于,对采用如权利要求1所述的加密方法进行加密的图像,包括以下步骤:

1)取加密后的图像I';

2)将图像I'的像素值二维矩阵转换成一维矩阵A'[0,M*N‑1];

3)以key[0]为初始密钥,用Logistic映射迭代至少100次,消除暂态之后,用ChebyShev再迭代3次,将这3次ChebyShev迭代产生的结果取绝对值后分别保存在ChebyShev_x'[0]、ChebyShev_x'[1]、ChebyShev_x'[2]中;

4)以key[1]为初始密钥,用ChebyShev映射迭代至少100次,用Logistic再迭代3次,将这3次Logistic迭代产生的结果取绝对值后别保存在Logistic_x'[0]、Logistic_x'[1]、Logistic_x'[2]中;

5)从A'中按照像素点的排列顺序取像素点并保存该像素点未解密时的值,若当前像素点位置为奇数则用ChebyShev混沌映射以步骤3)中产生的ChebyShev_x[0]、ChebyShev_x[1]、ChebyShev_x[2]为初始密钥迭代,每次迭代都将结果记录下来并分别保存到ChebyShev_x'[0]、ChebyShev_x'[1]、ChebyShev_x'[2],然后像素点的三个通道B、G、R分别异或uchar(255*ChebyShev_x'[0])、uchar(255*ChebyShev_x'[1])、uchar(255*ChebyShev_x'[2]),再将ChebyShev_x'[0]、ChebyShev_x'[1]、ChebyShev_x'[2]分别赋值给ChebyShev_x[0]、ChebyShev_x[1]、ChebyShev_x[2]用作下一次像素点的解密;若此像素点位置为偶数则用Logistic混沌映射以步骤4)中产生的Logistic_x[0]、Logistic_x[1]、Logistic_x[2]为初始密钥迭代,每次迭代都将结果记录并保存到Logistic_x'[0]、Logistic_x'[1]、Logistic_x'[2],然后像素点的三个通道B、G、R分别异或uchar(255*Logistic_x'[0])、uchar(255*Logistic_x'[1])、uchar(255*Logistic_x'[2]),再将Logistic_x'[0]、Logistic_x'[1]、Logistic_x'[2]分别赋值给Logistic_x[0]、Logistic_x[1]、Logistic_x[2]用作下一次像素点的解密;

6)对解密后的像素点进行恢复,取当前被恢复的像素点的前一个像素点在未解密时保存的值,用该值的三个分量R''、G''、B''分量分别与正在解密的像素点的B、R、G或者G、B、R分量进行异或操作即R''⊕B,G''⊕R,B''⊕G或者R''⊕G,G''⊕B,B''⊕R,且所采用的异或组合与加密时的组合相同;

7)重复步骤5)和6)直到遍历A'中所有像素点,最后输出原图像I。

5.如权利要求4所述的基于双混沌交叉扩散的彩色图像解密方法,其特征在于:所述步骤3)中,Logistic混沌映射如式(1)所示:xn+1=μxn(1‑xn),xn∈(0,1)   (1)

其中,xn为Logistic混沌映射的第n次迭代量,系统参数μ∈(3.5699456,4]时,Logistic映射的输入输出均分布在(0,1)上,Logistic映射处于混沌状态。

6.如权利要求4所述的基于双混沌交叉扩散的彩色图像解密方法,其特征在于:所述步骤4)中,ChebyShev混沌映射如式(2)所示:xn+1=cos(k*arccos(xn)),xn∈[‑1,1] (2)

其中k≥2,系统迭代初始值由用户输入的密钥决定。

7.一种基于双混沌交叉扩散的彩色图像加密系统,其特征在于:包括移动设备摄像头(1)、奇偶判别电路(2)、随机密钥产生器(3)、第一Logistic迭代器(4)、第二ChebyShev迭代器(5)、第一ChebyShev迭代器(6)、第二Logistic迭代器(7)、扩散电路(8)和显示屏(9),所述移动设备摄像头(1)与奇偶判别电路(2)连接;奇偶判别电路(2)分别连接第二ChebyShev迭代器(5)和第二Logistic迭代器(7);随机密钥产生器(3)分别与第一Logistic迭代器(4)和第一ChebyShev迭代器(6)连接;第一Logistic迭代器(4)与第二ChebyShev迭代器(5)连接;第一ChebyShev迭代器(6)与第二Logistic迭代器(7)连接;第二ChebyShev迭代器(5)和第二Logistic迭代器(7)分别与扩散电路(8)连接;扩散电路与显示屏(9)连接;

所述的移动设备摄像头,用于彩色图像的获取,做为明文图像。

8.根据权利要求7所述的一种基于双混沌交叉扩散的彩色图像加密系统,其特征在于:

所述的扩散电路由Cn⊕Cn‑1异或电路(801)和Pm⊕Pm‑1异或电路(802)组成,Cn⊕Cn‑1异或电路(801)和Pm⊕Pm‑1异或电路(802)通过并联的方式连接。

9.一种基于双混沌交叉扩散的彩色图像解密系统,其特征在于:包括密文图像存储器(10)、奇偶判别电路(2)、密钥存储器(11)、第一Logistic迭代器(4)、第二ChebyShev迭代器(5)、第一ChebyShev迭代器(6)、第二Logistic迭代器(7)、扩散电路(8)和显示屏(9),所述密文图像存储器(10)与奇偶判别电路(2)连接;奇偶判别电路(2)分别连接第二ChebyShev迭代器(5)和第二Logistic迭代器(7);密钥存储器(11)分别与第一Logistic迭代器(4)和第一ChebyShev迭代器(6)连接;第一Logistic迭代器(4)与第二ChebyShev迭代器(5)连接;

第一ChebyShev迭代器(6)与第二Logistic迭代器(7)连接;第二ChebyShev迭代器(5)和第二Logistic迭代器(7)分别与扩散电路(8)连接;扩散电路与显示屏(9)连接;

所述的密文图像存储器,用于彩色图像的加密存储,做为密文图像。

10.根据权利要求9所述的一种基于双混沌交叉扩散的彩色图像解密系统,其特征在

于:所述的扩散电路由Cn⊕Cn‑1异或电路(801)和Pm⊕Pm‑1异或电路(802)组成,Cn⊕Cn‑1异或电路(801)和Pm⊕Pm‑1异或电路(802)通过并联的方式连接。