本發(fā)明涉及圖像加密
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法及裝置、解密方法及裝置。
背景技術(shù)：
：隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益普及，圖像、語(yǔ)音、視頻等多媒體數(shù)字化信息的交流已越來(lái)越具有開放性、自由性和國(guó)際性，從而出現(xiàn)了各種各樣的信息安全問題。對(duì)于數(shù)字圖像信息而言，由于其數(shù)據(jù)量大、冗余性高及相關(guān)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的加密技術(shù)顯現(xiàn)出效率低等技術(shù)不足，難以滿足實(shí)時(shí)性的要求。近年來(lái)隨著對(duì)混沌理論研究的發(fā)展和深入，混沌研究成為了非線性科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一?；煦缦到y(tǒng)以其類噪聲及對(duì)初值高度敏感的特點(diǎn)，越來(lái)越多地被應(yīng)用到保密通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，并先后提出了許多基于混沌系統(tǒng)的加密算法。較之低維混沌系統(tǒng)，高維混沌系統(tǒng)具有更復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為以及更好的隨機(jī)性，一般低維的破譯方法，如相空間重構(gòu)、回歸映像和非線性預(yù)測(cè)等很難破譯超混沌系統(tǒng)加密的信息，因此，具有2個(gè)或2個(gè)以上正性Lyapunov指數(shù)的超混沌應(yīng)用研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注?，F(xiàn)有的一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法(IHIE算法)，其核心思想描述如下：首先，利用超混沌系統(tǒng)對(duì)圖像像素進(jìn)行置亂，抵御一般低維混沌的破譯方法；其次，通過(guò)密文反饋方法控制算法中的密鑰流，使得加密所需參數(shù)通過(guò)密文反饋與明文相關(guān)，將一個(gè)明文字節(jié)的影響擴(kuò)散到更多的密文字節(jié)中。該方法的像素值加密階段只有一輪替代操作，使得一個(gè)明文像素值變化只能影響該像素后面的密文像素值；且密文和密鑰及明文之間關(guān)系不夠復(fù)雜，因此，其最終加密密鑰序列同樣可以破解。且該加密方法只針對(duì)了灰度圖像，而對(duì)于彩色圖像的加密沒有說(shuō)明。另一種基于超混沌的圖像加密算法(HIE算法)的核心思想是利用Logistic混沌映射對(duì)像素矩陣進(jìn)行置亂，然后再通過(guò)超混沌產(chǎn)生的密鑰流對(duì)灰度值進(jìn)行加密。HIE算法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的加密系統(tǒng)，該算法是一個(gè)很好地選擇。但是該使用了低維混沌系統(tǒng)對(duì)像素置亂，達(dá)不到高維混沌的隨機(jī)性和保密性；一個(gè)明文字節(jié)只能影響一個(gè)密文字節(jié)，導(dǎo)致通過(guò)選擇明文攻擊和選擇密文攻擊能夠很容易得破譯密文；且該加密方法只針對(duì)灰度圖像，對(duì)彩色圖像的加密沒有說(shuō)明。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法及裝置、解密方法及裝置，目的在于對(duì)彩色圖像進(jìn)行加解密，以提高混沌系統(tǒng)在圖像加密操作中的保密性以及安全性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法，包括：對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像；通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)編排后的圖像進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像；根據(jù)所述像素置亂的密鑰，對(duì)所述擴(kuò)散圖像進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像?？蛇x地，所述對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像包括：將大小為M×N×3的原始彩色圖像的R、G、B三色素分別存放在R、G、B三個(gè)M×N的二維矩陣中，按照下述計(jì)算步驟，對(duì)R、G、B分量重新編排，得到編排后的圖像imM×3N：S11：根據(jù)下式計(jì)算X、Y的值：XY=1abab+1ij,(1≤i≤M,1≤j≤3N)]]>X＝mod(X,M)+1；Y＝mod(Y,3N)+1；其中，a、b為系統(tǒng)的控制參數(shù)，mod函數(shù)為求余函數(shù)；S12：判斷得到的X、Y值，如果0<Y<(N+1)，則把R(X,Y)賦值給im(i,j)；如果N<Y<(2N+1)，則把G(X,Y-N)賦值給im(i,j)；如果2N<Y<(3N+1)，則把B(X,Y-2N)賦值給im(i,j)；重復(fù)步驟S11、S12，直到R、G、B所有元素編排完成?？蛇x地，通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣KM×(3N+4)包括：S21：超混沌系統(tǒng)預(yù)迭代N01次，消除暫態(tài)過(guò)程帶來(lái)的有害效應(yīng)，并增強(qiáng)算法對(duì)初始密鑰的敏感性；初始化空序列B；S22：超混沌系統(tǒng)迭代一次，得到一組新的狀態(tài)值{x,y,z,w}，并計(jì)算m＝mod(abs(x+y+z+w),3)，若m＝0，將{x,y,z,w}加入序列B；若m＝1，將{x,z,y,w}加入序列B；若m＝2，將{w,x,z,y}加入序列B；S23：重復(fù)M×(3N/4+1)次S22，生成一個(gè)大小為M×(3N+4)的原始超混沌序列矩陣B；S24：按照變換式K(i,j)＝mod(floor((abs(B(i,j))-floor(abs(B(i,j))))×1014),256)1≤i≤M,1≤j≤(3N+4)對(duì)混沌序列B進(jìn)行改造，得到像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣KM×(3N+4)。可選地，通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素置亂的密鑰包括：將超混沌系統(tǒng)迭代N02次，消除暫態(tài)過(guò)程帶來(lái)的有害效應(yīng)，并增強(qiáng)算法對(duì)初始密鑰的敏感性；初始化一空序列R、V；利用超混沌系統(tǒng)迭代產(chǎn)生數(shù)據(jù)，然后計(jì)算R(i)＝mod(floor((abs(x)-floor(abs(x)))×1014),M)+1(1≤i≤M)，R(i)∈[1,M]，迭代超混沌系統(tǒng)，直到產(chǎn)生M個(gè)完全不同的整數(shù)R值；計(jì)算V(i)＝mod(floor((abs(x)-floor(abs(x)))×1014),3N)+1(1≤i≤3N)，V(i)∈[1,3N]，迭代超混沌系統(tǒng)，直到產(chǎn)生3N個(gè)完全不同的整數(shù)V值；得到像素置亂的密鑰R、V?？蛇x地，所述通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)編排后的圖像進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像包括：S31：按照下述公式對(duì)圖像進(jìn)行擴(kuò)散處理，式中當(dāng)(i＝1,j＝1)時(shí)，C(i,j-1)設(shè)為[0,255]之間的整數(shù)C0，可視為系統(tǒng)密鑰的一部分；當(dāng)(1＜i≤M,j＝1)時(shí)，令C(i,j-1)＝C(i-1,3N)：temp1=mod(im(i,j)⊕K(i,j),256)temp2=mod(K(i,j+1)⊕C(i,j-1),256)C(i,j)=temp1⊕temp2(1≤i≤M,1≤j≤3N)]]>S32：重復(fù)L輪步驟S31，直到輸出圖像的像素分布均勻?yàn)橹??？蛇x地，所述根據(jù)所述像素置亂的密鑰，對(duì)所述擴(kuò)散圖像進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像包括：根據(jù)所述像素置亂的密鑰R、V，對(duì)擴(kuò)散圖像進(jìn)行行列置亂P(i,j)＝C(R(i),V(j)),(1≤i≤M,1≤j≤3N)，得到加密后圖像PM×3N。本發(fā)明還提供了一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密方法，包括：獲取加密過(guò)程中產(chǎn)生的像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；通過(guò)所述像素置亂的密鑰，對(duì)加密后圖像進(jìn)行像素反置亂處理；通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)經(jīng)像素反置亂處理后的圖像進(jìn)行反擴(kuò)散操作；對(duì)經(jīng)反擴(kuò)散操作處理后的圖像進(jìn)行與加密過(guò)程中預(yù)處理操作對(duì)應(yīng)的反預(yù)處理操作，獲取解密后彩色圖像。本發(fā)明還提供了一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密裝置，包括：預(yù)處理模塊，用于對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像；第一密鑰獲取模塊，用于通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；擴(kuò)散操作模塊，用于通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)編排后的圖像進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像；置亂操作模塊，用于根據(jù)所述像素置亂的密鑰，對(duì)所述擴(kuò)散圖像進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像。本發(fā)明還提供了一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密裝置，包括：第二密鑰獲取模塊，用于獲取加密過(guò)程中產(chǎn)生的像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；反置亂操作模塊，用于通過(guò)所述像素置亂的密鑰，對(duì)加密后圖像進(jìn)行像素反置亂處理；反擴(kuò)散操作模塊，用于通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)經(jīng)像素反置亂處理后的圖像進(jìn)行反擴(kuò)散操作；反預(yù)處理模塊，用于對(duì)經(jīng)反擴(kuò)散操作處理后的圖像進(jìn)行與加密過(guò)程中預(yù)處理操作對(duì)應(yīng)的反預(yù)處理操作，獲取解密后彩色圖像。本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法及裝置，通過(guò)對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像；通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；通過(guò)像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)編排后的圖像進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像；根據(jù)像素置亂的密鑰，對(duì)擴(kuò)散圖像進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像。此外，本發(fā)明還提供了一種基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密方法及裝置。本發(fā)明所提供的加解密方法及裝置，使得密文、密鑰、明文緊密聯(lián)系，具有良好的擴(kuò)散效果，大大提高圖像加密的保密性和安全性。附圖說(shuō)明為了更清楚的說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法的一種具體實(shí)施方式的流程圖；圖2為本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖；圖3為本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密方法的一種具體實(shí)施方式的流程圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖6(a)-(d)為算法加密解密效果圖，其中，圖6(a)為原始圖像，圖6(b)為擴(kuò)散圖像，圖6(c)為擴(kuò)散加置亂圖像即密文圖像，圖6(d)為解密圖像；圖7(a)(b)分別為原始明文圖像和密文圖像對(duì)應(yīng)的直方圖。具體實(shí)施方式為了使本
技術(shù)領(lǐng)域：
的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法的一種具體實(shí)施方式的流程圖如圖1所示，該方法包括：步驟S101：對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像；步驟S102：通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；步驟S103：通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)編排后的圖像進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像；步驟S104：根據(jù)所述像素置亂的密鑰，對(duì)所述擴(kuò)散圖像進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像。本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法，通過(guò)對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像；通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；通過(guò)像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)編排后的圖像進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像；根據(jù)像素置亂的密鑰，對(duì)擴(kuò)散圖像進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像。本發(fā)明所提供的方法使得密文、密鑰、明文緊密聯(lián)系，具有良好的擴(kuò)散效果，大大提高圖像加密的保密性和安全性。請(qǐng)參照?qǐng)D2本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程示意圖，下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)闡述。需要指出的是，本算法是基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法，超混沌系統(tǒng)維數(shù)越多、正性Lyapunov指數(shù)越多、動(dòng)力學(xué)特性越復(fù)雜，其加密效果越好。為了說(shuō)明本算法，具體的仿真試驗(yàn)中可以采用如下四維超混沌系統(tǒng)：x·=ax-yzy·=xz-byz·=cxy-dz+gxww·=kw-hy]]>其中a、b、c、d、g、h和k為系統(tǒng)的控制參數(shù)，在a＝8、b＝40、c＝2、d＝14、g＝5、h＝0.2和k＝0.05的條件下，系統(tǒng)表現(xiàn)為超混沌運(yùn)動(dòng)，超混沌吸引子有四個(gè)渦卷，表現(xiàn)出比一般超混沌系統(tǒng)具有更加復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)特性，從安全性角度考慮，由于其相空間軌跡更加復(fù)雜，因此用它產(chǎn)生密鑰序列較為安全。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法中，對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像的過(guò)程可以具體包括：將大小為M×N×3的原始彩色圖像的R、G、B三色素分別存放在R、G、B三個(gè)M×N的二維矩陣中，按照下述計(jì)算步驟，對(duì)R、G、B分量重新編排，得到編排后的圖像imM×3N：S11：根據(jù)下式計(jì)算X、Y的值：XY=1abab+1ij,(1≤i≤M,1≤j≤3N)]]>X＝mod(X,M)+1；Y＝mod(Y,3N)+1；其中，a、b為系統(tǒng)的控制參數(shù)，mod函數(shù)為求余函數(shù)；S12：判斷得到的X、Y值，如果0<Y<(N+1)，則把R(X,Y)賦值給im(i,j)；如果N<Y<(2N+1)，則把G(X,Y-N)賦值給im(i,j)；如果2N<Y<(3N+1)，則把B(X,Y-2N)賦值給im(i,j)；重復(fù)步驟S11、S12，直到R、G、B所有元素編排完成。在MATLAB中，mod函數(shù)是求余，數(shù)字彩色圖像的編排處理將會(huì)使密鑰具有更大的空間，而且也打亂了數(shù)字彩色圖像的R、G、B之間的相關(guān)性，這會(huì)大大提高圖像加密系統(tǒng)的安全性，增加破解的難度。進(jìn)一步地，通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣可以具體包括：S21：超混沌系統(tǒng)預(yù)迭代N01次，消除暫態(tài)過(guò)程帶來(lái)的有害效應(yīng)，并增強(qiáng)算法對(duì)初始密鑰的敏感性；初始化空序列B；S22：超混沌系統(tǒng)迭代一次，得到一組新的狀態(tài)值{x,y,z,w}，并計(jì)算m＝mod(abs(x+y+z+w),3)，若m＝0，將{x,y,z,w}加入序列B；若m＝1，將{x,z,y,w}加入序列B；若m＝2，將{w,x,z,y}加入序列B；S23：重復(fù)M×(3N/4+1)次S22，生成一個(gè)大小為M×(3N+4)的原始超混沌序列矩陣B；S24：按照變換式K(i,j)＝mod(floor((abs(B(i,j))-floor(abs(B(i,j))))×1014),256)1≤i≤M,1≤j≤(3N+4)對(duì)混沌序列B進(jìn)行改造，得到像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣KM×(3N+4)。通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素置亂的密鑰可以具體包括：將超混沌系統(tǒng)迭代N02次，消除暫態(tài)過(guò)程帶來(lái)的有害效應(yīng)，并增強(qiáng)算法對(duì)初始密鑰的敏感性；初始化一空序列R、V；利用超混沌系統(tǒng)迭代產(chǎn)生數(shù)據(jù)，然后計(jì)算R(i)＝mod(floor((abs(x)-floor(abs(x)))×1014),M)+1(1≤i≤M)，R(i)∈[1,M]，迭代超混沌系統(tǒng)，直到產(chǎn)生M個(gè)完全不同的整數(shù)R值；計(jì)算V(i)＝mod(floor((abs(x)-floor(abs(x)))×1014),3N)+1(1≤i≤3N)，V(i)∈[1,3N]，迭代超混沌系統(tǒng)，直到產(chǎn)生3N個(gè)完全不同的整數(shù)V值；得到像素置亂的密鑰R、V。在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，步驟S103通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣KM×(3N+4)對(duì)編排后的圖像imM×3N進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像CM×3N的過(guò)程可以具體包括：S31：按照下述公式對(duì)圖像進(jìn)行擴(kuò)散處理，式中當(dāng)(i＝1,j＝1)時(shí)，C(i,j-1)設(shè)為[0,255]之間的整數(shù)C0，可視為系統(tǒng)密鑰的一部分；當(dāng)(1＜i≤M,j＝1)時(shí)，令C(i,j-1)＝C(i-1,3N)：temp1=mod(im(i,j)⊕K(i,j),256)temp2=mod(K(i,j+1)⊕C(i,j-1),256)C(i,j)=temp1⊕temp2(1≤i≤M,1≤j≤3N)]]>S32：重復(fù)L輪步驟S31，直到輸出圖像的像素分布均勻?yàn)橹埂Ｗ鳛橐环N具體實(shí)施方式，步驟104根據(jù)所述像素置亂的密鑰R、V，對(duì)所述擴(kuò)散圖像CM×3N進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像PM×3N的過(guò)程可以包括：根據(jù)所述像素置亂的密鑰R、V，對(duì)擴(kuò)散圖像進(jìn)行行列置亂P(i,j)＝C(R(i),V(j)),(1≤i≤M,1≤j≤3N)，得到加密后圖像PM×3N。解密過(guò)程為加密過(guò)程的逆過(guò)程。如圖3本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密方法的一種具體實(shí)施方式的流程圖所示，該方法包括：步驟S201：獲取加密過(guò)程中產(chǎn)生的像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；步驟S202：通過(guò)所述像素置亂的密鑰，對(duì)加密后圖像進(jìn)行像素反置亂處理；步驟S203：通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)經(jīng)像素反置亂處理后的圖像進(jìn)行反擴(kuò)散操作；步驟S204：對(duì)經(jīng)反擴(kuò)散操作處理后的圖像進(jìn)行與加密過(guò)程中預(yù)處理操作對(duì)應(yīng)的反預(yù)處理操作，獲取解密后彩色圖像。具體地，與上述加密過(guò)程的實(shí)施例相對(duì)應(yīng)，解密的過(guò)程為：首先利用相同的參數(shù)、初始值產(chǎn)生相同的置亂序列R、V，對(duì)密文圖像進(jìn)行反置亂，得到矩陣C；然后利用超混沌系統(tǒng)得到相同的密鑰矩陣KM×(3N+4)，根據(jù)下列式子循環(huán)L輪得到R、G、B排列組合后的圖像imM×3N，式中當(dāng)(i＝1,j＝1)時(shí)，im(i,j-1)＝C0；當(dāng)(i>1,j＝1)時(shí)，im(i,j-1)＝im(i-1,3N)：temp1=mod(C(i,j)⊕K(i,j),256)temp2=mod(K(i,j+1)⊕im(i,j-1),256)im(i,j)=temp1⊕temp2(1≤i≤M,1≤j≤3N)]]>最后需要對(duì)圖像imM×3N做反編排處理，具體步驟如下：(1)按照下式計(jì)算X、Y：XY=1abab+1ij,(1≤i≤M,1≤j≤3N)]]>X＝mod(X,M)+1；Y＝mod(Y,3N)+1；(2)判斷得到的X、Y值，如果0<Y<(N+1)，則把im(i,j)賦值給R(X,Y)；如果N<Y<(2N+1)，則把im(i,j)賦值給G(X,Y-N)；如果2N<Y<(3N+1)，則把im(i,j)賦值給B(X,Y-2N)；(3)重復(fù)步驟(1)(2)，直到R、G、B所有元素反編排完成。將反編排處理的R、G、B三個(gè)二維矩陣組合成三維矩陣輸出，就是原始彩色圖像。下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密裝置以及基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密裝置進(jìn)行介紹，下文描述的加密及解密裝置與上文描述的加密及解密方法可相互對(duì)應(yīng)參照。圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密裝置的結(jié)構(gòu)框圖，參照?qǐng)D4基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密裝置可以包括：預(yù)處理模塊100，用于對(duì)原始彩色圖像的各顏色分量R、G、B進(jìn)行隨機(jī)性編排處理，得到編排后的圖像；第一密鑰獲取模塊200，用于通過(guò)超混沌系統(tǒng)獲取像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；擴(kuò)散操作模塊300，用于通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)編排后的圖像進(jìn)行像素?cái)U(kuò)散處理，得到像素分布均勻的擴(kuò)散圖像；置亂操作模塊400，用于根據(jù)所述像素置亂的密鑰，對(duì)所述擴(kuò)散圖像進(jìn)行矩陣變換，以變換圖像像素的排列位置，獲取加密后圖像。圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密裝置的結(jié)構(gòu)框圖，參照?qǐng)D5基于超混沌系統(tǒng)的圖像解密裝置可以包括：第二密鑰獲取模塊500，用于獲取加密過(guò)程中產(chǎn)生的像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣以及像素置亂的密鑰；反置亂操作模塊600，用于通過(guò)所述像素置亂的密鑰，對(duì)加密后圖像進(jìn)行像素反置亂處理；反擴(kuò)散操作模塊700，用于通過(guò)所述像素?cái)U(kuò)散的密鑰矩陣對(duì)經(jīng)像素反置亂處理后的圖像進(jìn)行反擴(kuò)散操作；反預(yù)處理模塊800，用于對(duì)經(jīng)反擴(kuò)散操作處理后的圖像進(jìn)行與加密過(guò)程中預(yù)處理操作對(duì)應(yīng)的反預(yù)處理操作，獲取解密后彩色圖像。本申請(qǐng)?jiān)贛ATLAB12.0下進(jìn)行了仿真，預(yù)處理參數(shù)選擇a＝min(M,N)-126,b＝min(M,N)-389；超混沌系統(tǒng)參數(shù)取a＝8、b＝40、c＝2、d＝14、g＝5、h＝0.2和k＝0.05，取系統(tǒng)狀態(tài)初值為(0.12,0.23,0.34,0.45)；微分方程迭代求解的時(shí)間步長(zhǎng)取0.001，N0＝1000，C0＝75。圖6(a)-(d)給出了算法加密解密效果圖，其中，圖6(a)為原始圖像，圖6(b)為擴(kuò)散圖像，圖6(c)為擴(kuò)散加置亂圖像即密文圖像，圖6(d)為解密圖像。圖7(a)-(b)分別給出了原始明文圖像和密文圖像對(duì)應(yīng)的直方圖，由圖7(a)可見，原始明文彩圖的像素分布是非常不均勻的，但圖7(b)表明，加密后圖像像素值都已經(jīng)呈均勻而平坦的分布，表明密文圖像的像素值取各種可能值的概率趨于均等。因此本算法能夠有效地抵抗統(tǒng)計(jì)分析的攻擊。綜上所述，本發(fā)明所提供的方法及裝置具有下述優(yōu)點(diǎn)：將彩色圖像RGB的全新編排方法和復(fù)雜的超混沌加密算法相結(jié)合，擴(kuò)大了密鑰空間；采用先擴(kuò)散后置亂的方法，擴(kuò)散的加密公式復(fù)雜，密文和明文、密鑰關(guān)系復(fù)雜，置亂密鑰序列與明文相關(guān)，且與擴(kuò)散過(guò)程相關(guān)，攻擊者無(wú)法通過(guò)特殊明、密文對(duì)破解置亂密鑰，進(jìn)而無(wú)法破解出擴(kuò)散過(guò)程密鑰，能有效抵抗選擇明、密文對(duì)攻擊；相較于IHIE算法，本發(fā)明方法對(duì)全部像素的擴(kuò)散操作有多輪，使得最終密文對(duì)明文的敏感性很強(qiáng)。本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其它實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同或相似部分互相參見即可。對(duì)于實(shí)施例公開的裝置而言，由于其與實(shí)施例公開的方法相對(duì)應(yīng)，所以描述的比較簡(jiǎn)單，相關(guān)之處參見方法部分說(shuō)明即可。專業(yè)人員還可以進(jìn)一步意識(shí)到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計(jì)算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說(shuō)明硬件和軟件的可互換性，在上述說(shuō)明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來(lái)執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計(jì)約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對(duì)每個(gè)特定的應(yīng)用來(lái)使用不同方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來(lái)實(shí)施。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、可移動(dòng)磁盤、CD-ROM、或
技術(shù)領(lǐng)域：
內(nèi)所公知的任意其它形式的存儲(chǔ)介質(zhì)中。以上對(duì)本發(fā)明所提供的基于超混沌系統(tǒng)的圖像加密方法及裝置、解密方法及裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3