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专利号: 2019113836692
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
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:

1.一种基于混沌四元数神经网络的图像加密算法,其特征在于:包括如下步骤:S1.将明文图像转换成m×n的图像矩阵X,其中,X=(xij)m×n,xij为一个纯四元数,xij表示图像(i,j)处的像素值,m以及n均为正整数;

S2.对图像矩阵X进行行列变换处理形成图像矩阵Xs;

S3.将图像矩阵Xs输入至混沌四元数神经网络中进行加密处理并得到密文图像。

2.根据权利要求1所述的基于混沌四元数神经网络的图像加密算法,其特征在于:混沌四元数神经网络结构如下:其中,二阶导数 为惯性项;A为对角矩阵,A=diag{a1,a2,...,an},对角矩阵A中的元素ai为正常数,i=1,2,...,n;B为对角矩阵,B=diag{b1,b2,...,bn},对角矩阵B中的元素bi为正常数,i=1,2,...,n;n为正整数;x(t)为n维列向量,x(t)=(x1(t),x2(t),...,xi(t),...,xn(t))T,xi(t)为第i个神经元在t时刻的状态,且 为四元数域;C1(t)为n阶四元数矩阵,C1(t)=(θij(xj(t)))n×n,θij(xj(t))为基于忆阻的反馈连接权,j=1,2,...,n;D1(t)为n阶四元数矩阵,D1(t)=(vij(xj(t)))n×n,vij(xj(t))为时滞反馈连接权;I(t)为n维列向量,I(t)=(I1(t),I2(t),...,Ii(t),...,In(t))T,Ii(t)为第i个神经元的外部输入项,且为n维列向量, 为时滞项,满足条件 为不小于0的实数;f(x(t))为n维列向量,f(x(t))=(f1(x1(t)),f2(x2(t)),...,fj(xj(t)),...,fn(xn(t)))T,fj(xj(t))为激活函数,且为n维列向量,

为激活函数, 为第j个神经元在 时刻的状态,且

3.根据权利要求1所述的基于混沌四元数神经网络的图像加密算法,其特征在于:对图像矩阵X进行行列变换处理形成图像矩阵Xs包括:S21.设定Logistic-Logistic映射的迭代表达式LL:xn+1=u0×xn×(1-xn)×214-floor(u0×xn×(1-xn)×214);

其中,u0为控制参数,floor(a)返回不大于a的最接近a的整数,a=u0×xn×(1-xn)×

214;xn+1以及xn均为实数;n=1,2,...,N;a为示例参数;

S22.设置初始值x0∈(0,1)且u0∈(0,10],随机选取一个初始值x0以及u0带入迭代表达式LL,对迭代表达式LL进行n次迭代得到序列分布xn;

S23.根据序列分布xn,确定控制参数un=floor(xn×m)+1;

S24.计算控制参数un,得到m个不同的控制参数值,将m个不同的控制参数值依次存放到一维向量ui;其中,i=1,2,...,m;

S25.根据一维向量ui=j,i=1,2,...,m,j∈{1,2,...,m},将单位矩阵Im×m的第i行作为行置换矩阵Tm×m的第j行;

S26.根据步骤S23-S25类推,得到列置换矩阵Tn×n;

S27.对图像矩阵X进行置换处理得到图像矩阵Xs:Xs=Tm×mXm×nTn×n。

4.根据权利要求1所述的基于混沌四元数神经网络的图像加密算法,其特征在于:将图像矩阵Xs输入至混沌四元数神经网络中进行加密处理包括:S31.采用4阶龙格库塔算法迭代神经网络模型PΓ;其中,迭代次数不少于L=m×n次,4阶龙格库塔算法的步长选取为0.01;

S32.构建一个长度为L的浮点序列U={u(1),u(2),...,u(i),...,u(L)};其中,u(i)为R I J K R步骤S31进行第i次迭代得到的第i个四元数;u(i)=u (i)+u(i)i+u (i)j+u (i)κ;u (i)为第i个四元数的实部;uI(i)、uJ(i)以及uK(i)分别为第i个四元数的三个虚部部分;i、j以及κ均为虚部单位;

S33.基于浮点序列U计算得到用于图像加密的序列UR、UG以及UB;其中,uR(i)∈UR,uG(i)∈UG,uB(i)∈UB,i=1,2,...,L;

uR(i)=mod((abs(uI(i))-floor(abs(uI(i))))×1014,256);

uG(i)=mod((abs(uJ(i))-floor(abs(uJ(i))))×1014,256);

uB(i)=mod((abs(uK(i))-floor(abs(uK(i))))×1014,256);

mod(c,d)返回c除以d的余数;floor(e)返回不大于e且最接近e的整数;abs(f)返回f的绝对值;c、d、e以及f为示例参数;

S34.基于序列UR、UG以及UB计算得到图像的三个加密分量CR、CG以及CB;其中,CR=bitxor(uint8(XsR),reshape(uint8(floor(UR)),256,256)),CG=bitxor(uint8(XsG),reshape(uint8(floor(UG)),256,256)),CB=bitxor(uint8(XsB),reshape(uint8(floor(UB)),256,256)),bitxor(g,h)返回g和h按位进行异或操作的结果;uint8(l)表示将数据l转化为无符号的占用一个字节的数据;B=reshape(A,m,n)表示将矩阵A中的元素按列顺序重组成m×n矩阵B;XsR为图像矩阵Xs的红色分量矩阵;XsG为图像矩阵Xs的绿色分量矩阵;XsB为图像矩阵Xs的蓝色分量矩阵;g、h以及l为示例参数。