本發(fā)明涉及圖像加密領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密和解密方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的圖像數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，圖像信息的私密性、安全性和可靠性越來(lái)越受到人們的重視，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)由于個(gè)人隱私、版權(quán)等安全原因，需要進(jìn)行加密傳輸。傳統(tǒng)的加密算法對(duì)圖像加密時(shí)首先要把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一維的，解密時(shí)還要把其轉(zhuǎn)換為二維或三維數(shù)據(jù)，同時(shí)由于圖像數(shù)據(jù)還具有信息量大、冗余度高的特性，因此傳統(tǒng)加密算法對(duì)圖像進(jìn)行加密和解密，效率較低，安全性差?；诨煦缋碚摰膱D像加密可以高效率的產(chǎn)生數(shù)量巨大的偽隨機(jī)序列，生成的混沌序列具有很高的隨機(jī)性，能滿足密碼學(xué)對(duì)安全性的要求；混沌序列由確定的映射公式生成，能滿足解密的要求。因此混沌理論與密碼學(xué)之間有著緊密的聯(lián)系，這也促使著混沌學(xué)在圖像加密中的快速發(fā)展。混沌系統(tǒng)在圖像加密中的常用方法是將混沌系統(tǒng)的初始值或者控制參數(shù)作為加密系統(tǒng)的密鑰，然后將混沌映射經(jīng)過(guò)多次迭代產(chǎn)生的混沌序列對(duì)圖像進(jìn)行加密，從而將原始圖像和密鑰進(jìn)行混合和擴(kuò)散，常用的混沌映射有l(wèi)ogistic映射、chebyshev映射等。與傳統(tǒng)的圖像加密技術(shù)對(duì)比，基于混沌的圖像加密技術(shù)有著密鑰空間大、加密速度快以及易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密和解密方法及系統(tǒng)，能夠大大增加密鑰空間，具有更高的安全性和加密效率，具有更短的加密時(shí)間，具有更小的相鄰像素點(diǎn)間的相關(guān)性，具有更強(qiáng)的抗差分攻擊能力，更適合于移動(dòng)設(shè)備的圖像加密。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密方法，包括以下步驟：(1)取圖像大小為m*n的彩色圖像i；(2)將圖像i的像素值二維矩陣轉(zhuǎn)換成一維矩陣a[0,m*n-1]；(3)隨機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)密鑰分別為key[0]和key[1]，key[0]∈(0,1)，key[1]∈[-1,1]，其中key[0]作為logistic迭代的初始密鑰，key[1]作為chebyshev迭代的初始密鑰；(4)以key[0]為初始密鑰，用logistic映射迭代至少100次后，再用chebyshev迭代3次，將這3次chebyshev迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后分別保存在chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]中；(5)以key[1]為初始密鑰，用chebyshev映射迭代至少100次后，再用logistic迭代3次，將這3次logistic迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后分別保存在logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]中；(6)從a＇中按照像素點(diǎn)的排列順序取像素點(diǎn)并保存該像素點(diǎn)未解密時(shí)的值，若當(dāng)前像素點(diǎn)位置為奇數(shù)則用chebyshev混沌映射以步驟(4)中產(chǎn)生的chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]為初始密鑰迭代，每次迭代都將結(jié)果記錄下來(lái)并分別保存到chebyshev_x＇[0]、chebyshev_x＇[1]、chebyshev_x＇[2]，然后像素點(diǎn)的三個(gè)通道b、g、r分別異或uchar(255*chebyshev_x＇[0])、uchar(255*chebyshev_x＇[1])、uchar(255*chebyshev_x＇[0])，再將chebyshev_x＇[0]、chebyshev_x＇[1]、chebyshev_x＇[2]分別賦值給chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]用作下一次像素點(diǎn)的加密；若此像素點(diǎn)位置為偶數(shù)則用logistic混沌映射以步驟(5)中產(chǎn)生的logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]為初始密鑰迭代，每次迭代都將結(jié)果記錄并保存到logistic_x＇[0]、logistic_x＇[1]、logistic_x＇[2]，然后像素點(diǎn)的三個(gè)通道b、g、r分別異或uchar(255*logistic_x＇[0])、uhar(255*logistic_x＇[1])、uchar(255*logistic_x＇[0])，再將logistic_x＇[0]、logistic_x＇[1]、logistic_x＇[2]分別賦值給logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]用作下一次像素點(diǎn)的加密；(7)對(duì)加密后的像素點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)散，取正在加密的像素點(diǎn)的前一個(gè)位置像素點(diǎn)r＇、g＇、b＇分量分別與正在加密的像素點(diǎn)的b、r、g或者g、b、r分量進(jìn)行異或操作即r＇⊕b，g＇⊕r，b＇⊕g或者r＇⊕g，g＇⊕b，b＇⊕r；(8)重復(fù)步驟(6)和(7)直到遍歷a中所有像素點(diǎn)，最后輸出密文圖像i＇。所述的基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密方法，所述步驟(4)中，logistic混沌映射如式(1)所示：xn+1＝μxn(1-xn)，xn∈(0,1)(1)其中，xn為logistic混沌映射的第n次迭代量，系統(tǒng)參數(shù)μ∈(3.5699456,4]時(shí)，logistic映射的輸入輸出均分布在(0,1)上，logistic映射處于混沌狀態(tài)。所述的基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密方法，所述步驟(5)中，chebyshev混沌映射如式(2)所示：xn+1＝cos(karccos(xn))，xn∈[-1,1](2)其中k≥2，系統(tǒng)迭代初始值由用戶輸入的密鑰決定。一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像解密方法，對(duì)采用如權(quán)利要求1所述的加密方法進(jìn)行加密的圖像，包括以下步驟：1)取加密后的圖像i＇；2)將圖像i＇的像素值二維矩陣轉(zhuǎn)換成一維矩陣a＇[0,m*n-1]；3)以key[0]為初始密鑰，用logistic映射迭代至少100次，消除暫態(tài)之后，用chebyshev再迭代3次，將這3次chebyshev迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后分別保存在chebyshev_x＇[0]、chebyshev_x＇[1]、chebyshev_x＇[2]中；4)以key[1]為初始密鑰，用chebyshev映射迭代至少100次，用logistic再迭代3次，將這3次logistic迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后別保存在logistic_x＇[0]、logistic_x＇[1]、logistic_x＇[2]中；5)從a＇中按照像素點(diǎn)的排列順序取像素點(diǎn)并保存該像素點(diǎn)未解密時(shí)的值，若當(dāng)前像素點(diǎn)位置為奇數(shù)則用chebyshev混沌映射以步驟3)中產(chǎn)生的chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]為初始密鑰迭代，每次迭代都將結(jié)果記錄下來(lái)并分別保存到chebyshev_x＇[0]、chebyshev_x＇[1]、chebyshev_x＇[2]，然后像素點(diǎn)的三個(gè)通道b、g、r分別異或uchar(255*chebyshev_x＇[0])、uchar(255*chebyshev_x＇[1])、uchar(255*chebyshev_x＇[0])，再將chebyshev_x＇[0]、chebyshev_x＇[1]、chebyshev_x＇[2]分別賦值給chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]用作下一次像素點(diǎn)的解密；若此像素點(diǎn)位置為偶數(shù)則用logistic混沌映射以步驟4)中產(chǎn)生的logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]為初始密鑰迭代，每次迭代都將結(jié)果記錄并保存到logistic_x＇[0]、logistic_x＇[1]、logistic_x＇[2]，然后像素點(diǎn)的三個(gè)通道b、g、r分別異或uchar(255*logistic_x＇[0])、uhar(255*logistic_x＇[1])、uchar(255*logistic_x＇[0])，再將logistic_x＇[0]、logistic_x＇[1]、logistic_x＇[2]分別賦值給logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]用作下一次像素點(diǎn)的解密；6)對(duì)解密后的像素點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)，取當(dāng)前被恢復(fù)的像素點(diǎn)的前一個(gè)像素點(diǎn)在未解密時(shí)保存的值，用該值的三個(gè)分量r＇＇、g＇＇、b＇＇分量分別與正在解密的像素點(diǎn)的b、r、g或者g、b、r分量進(jìn)行異或操作即r＇＇⊕b，g＇＇⊕r，b＇＇⊕g或者r＇＇⊕g，g＇＇⊕b，b＇＇⊕r，且所采用的異或組合與加密時(shí)的組合相同；7)重復(fù)步驟5)和6)直到遍歷a＇中所有像素點(diǎn)，最后輸出原圖像i。所述的基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像解密方法，所述步驟3)中，logistic混沌映射如式(1)所示：xn+1＝μxn(1-xn)，xn∈(0,1)(1)其中，xn為logistic混沌映射的第n次迭代量，系統(tǒng)參數(shù)μ∈(3.5699456,4]時(shí)，logistic映射的輸入輸出均分布在(0,1)上，logistic映射處于混沌狀態(tài)。所述的基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像解密方法，所述步驟4)中，chebyshev混沌映射如式(2)所示：xn+1＝cos(karccos(xn))，xn∈[-1,1](2)其中k≥2，系統(tǒng)迭代初始值由用戶輸入的密鑰決定。一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密系統(tǒng)，包括攝像頭(1)、奇偶判別電路(2)、隨機(jī)密鑰產(chǎn)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)、擴(kuò)散電路(8)和顯示屏(9)，所述攝像頭(1)與奇偶判別電路(2)連接；奇偶判別電路(2)分別連接第二chebyshev迭代器(5)和第二logistic迭代器(7)；隨機(jī)密鑰產(chǎn)生器(3)分別與第一logistic迭代器(4)和第一chebyshev迭代器連接(6)；第一logistic迭代器(4)與第二chebyshev迭代器(5)連接；第一chebyshev迭代器(6)與第二logistic迭代器(7)連接；第二chebyshev迭代器(5)和第二logistic迭代器(7)分別與擴(kuò)散電路(8)連接；擴(kuò)散電路與顯示屏(9)連接。所述的一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密系統(tǒng)，所述的擴(kuò)散電路由cn⊕cn-1異或電路(801)和pm⊕pm-1異或電路(802)組成，cn⊕cn-1異或電路(801)和pm⊕pm-1異或電路(802)通過(guò)并聯(lián)的方式連接。一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像解密系統(tǒng)，包括密文圖像存儲(chǔ)器(10)、奇偶判別電路(2)、密鑰存儲(chǔ)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)、擴(kuò)散電路(8)和顯示屏(9)，所述密文圖像存儲(chǔ)器(10)與奇偶判別電路(2)連接；奇偶判別電路(2)分別連接第二chebyshev迭代器(5)和第二logistic迭代器(7)；密鑰存儲(chǔ)器(11)分別與第一logistic迭代器(4)和第一chebyshev迭代器連接(6)；第一logistic迭代器(4)與第二chebyshev迭代器(5)連接；第一chebyshev迭代器(6)與第二logistic迭代器(7)連接；第二chebyshev迭代器(5)和第二logistic迭代器(7)分別與擴(kuò)散電路(8)連接；擴(kuò)散電路與顯示屏(9)連接。所述的一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像解密系統(tǒng)，所述的擴(kuò)散電路由cn⊕cn-1異或電路(801)和pm⊕pm-1異或電路(802)組成，cn⊕cn-1異或電路(801)和pm⊕pm-1異或電路(802)通過(guò)并聯(lián)的方式連接。本發(fā)明的技術(shù)效果在于：本發(fā)明采用取隨機(jī)數(shù)和logistic和chebyshev的相互映射的方式產(chǎn)生初始密鑰使得密鑰空間大大提高；本發(fā)明采用logistic和chebyshev雙混沌映射的方法使得相鄰像素點(diǎn)之間的像素差別較大，破壞像素點(diǎn)間的相關(guān)性，使得加密之后的圖像的相鄰像素點(diǎn)的相關(guān)性減??；利用加密的像素點(diǎn)的前一個(gè)位置像素點(diǎn)r＇、g＇、b＇分量分別與正在加密的像素點(diǎn)的b、r、g分量進(jìn)行異或操作進(jìn)行的擴(kuò)散作用，使得當(dāng)明文改變一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)加密出來(lái)的明文圖像完全不同，這樣可以很好的提高圖像的抗差分攻擊的能力；本發(fā)明采用的是logistic和chebyshev迭代在確保安全性的前提下減少迭代次數(shù)，可以減少加密時(shí)間，提高加密時(shí)的效率，使得本發(fā)明可以廣泛的應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)設(shè)備的圖像加密。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明所述彩色圖像加密方法流程圖。圖2(a)為本發(fā)明所述加密前的原圖像。圖2(b)為本發(fā)明所述加密后的圖像。圖3(a)為本發(fā)明所述加密前紅色通道的直方分布圖。圖3(b)為本發(fā)明所述加密后紅色通道的直方分布圖。圖3(c)為本發(fā)明所述加密前綠色通道的直方分布圖。圖3(d)為本發(fā)明所述加密后綠色通道的直方分布圖。圖3(e)為本發(fā)明所述加密前藍(lán)色通道的直方分布圖。圖3(f)為本發(fā)明所述加密后藍(lán)色通道的直方分布圖。圖4(a)為本發(fā)明所述密文圖像通過(guò)正確的密鑰解密出來(lái)的圖像。圖4(b)為本發(fā)明所述正確密鑰改變細(xì)微值后解密出來(lái)的圖像。圖5為本發(fā)明所述基于雙混沌的面向移動(dòng)設(shè)備的彩色圖像加密系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明所述加密系統(tǒng)中擴(kuò)散電路工作原理圖。圖7為本發(fā)明所述基于雙混沌的面向移動(dòng)設(shè)備的彩色圖像解密系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明所述解密系統(tǒng)中擴(kuò)散電路工作原理圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。以下從理論基礎(chǔ)進(jìn)行說(shuō)明：logistic混沌映射一般定義形式，如式(1)所示：xn+1＝μxn(1-xn)，xn∈(0,1)(1)其中，xn為logistic混沌映射的第n次迭代量，系統(tǒng)參數(shù)μ∈(3.5699456,4]時(shí)，logistic映射的輸入輸出均分布在(0,1)上，logistic映射處于混沌狀態(tài)。chebyshev混沌映射一般定義形式，如式(2)所示：xn+1＝cos(karccos(xn))，xn∈[-1,1](2)其中k≥2，系統(tǒng)迭代初始值由用戶輸入的密鑰決定。具體實(shí)施步驟如圖1的彩色圖像加密方法流程圖所示，包括密鑰初始化、圖像加密和像素點(diǎn)擴(kuò)散。輸入彩色圖像i，圖像大小為m*n，加密之前的圖像如圖2(a)所示。1.密鑰初始化本發(fā)明要實(shí)現(xiàn)圖像加密，首先要實(shí)現(xiàn)密鑰的初始化過(guò)程，隨機(jī)產(chǎn)生兩個(gè)密鑰分別為key[0](key[0]∈(0,1))和key[1](key[1]∈[-1,1])，其中key[0]作為logistic迭代的初始密鑰，key[1]作為chebyshev迭代的初始密鑰。密鑰產(chǎn)生的偽代碼描述：輸出：u＝make_u()，k＝make_k()；輸入：key[0]、key[1]；2.圖像加密用logistic映射以key[0]為初始密鑰迭代至少100次，然后再用chebyshev迭代3次，將這3次chebyshev迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后分別存在chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]變量里面。然后再用chebyshev映射以key[1]為初始密鑰迭代至少100次，再用logistic迭代3次，將這3次logistic迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后分別存在logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]變量里面。在上面提到的采用logistic映射和chebyshev映射分別將key[0]和key[1]作為初始密鑰并進(jìn)行迭代，其目的是先讓系統(tǒng)先迭代一定次數(shù)之后，消除暫態(tài)，再使用生成的值，這樣可以更好地掩蓋原始圖像的情況，使雪崩效應(yīng)擴(kuò)大，這樣可以具有更好的安全性。將一個(gè)m行n列像素矩陣化成一個(gè)具有m*n個(gè)元素的一維矩陣用a表示(矩陣?yán)锏脑赜胊[0]到a[m*n-1]表示)。從a里面取元素，如果所取的元素對(duì)應(yīng)的位置編號(hào)(位置編號(hào)0—m*n-1)是奇數(shù)則用chebyshev以chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]迭代分別迭代1次，共3次，結(jié)果分別記為chebyshev_x[0]＇、chebyshev_x[1]＇、chebyshev_x[2]＇。用上述結(jié)果分別所取元素的r、g、b三個(gè)通道做異或操作。然后將chebyshev_x[0]＇、chebyshev_x[1]＇、chebyshev_x[2]＇分別賦值給chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]，當(dāng)下次取到的元素對(duì)應(yīng)的位置編號(hào)為奇數(shù)時(shí)仍然用chebyshev以這3個(gè)值來(lái)迭代。如果所取元素對(duì)應(yīng)位置的編號(hào)(位置編號(hào)0—m*n-1)不是奇數(shù)則用logistic以logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]迭代分別1次，共3次，結(jié)果分別記為logistic_x[0]＇、logistic_x[1]＇、logistic_x[2]＇。用上述結(jié)果分別與所取元素的r、g、b三個(gè)通道做異或操作。然后將logistic_x[0]＇、logistic_x[1]＇、logistic_x[2]＇分別賦值給logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]，當(dāng)下次取到的元素對(duì)應(yīng)的位置編號(hào)為偶數(shù)時(shí)仍然用logistic以這3個(gè)值來(lái)迭代。圖像加密的偽代碼描述：輸入：key[0]，key[1]，需要加密的圖像i；輸出：加密之后的圖像i＇；3.像素點(diǎn)擴(kuò)散取正在的加密像素點(diǎn)的前一個(gè)已經(jīng)加密好的像素點(diǎn)，分成三個(gè)通道分別用r＇、g＇、b＇表示。三通道的擴(kuò)散用本像素點(diǎn)的b、r、g分別與r＇、g＇、b＇或者g＇、b＇、r＇做異或操作(b⊕r＇，r⊕g＇，g⊕b＇或者b⊕g＇，r⊕b＇，g⊕r＇)。重復(fù)上述步驟直到取完a當(dāng)中的最后一個(gè)元素，圖像加密操作完成。圖像加密之后的效果如圖2(b)所示，從圖中可知，原始圖像經(jīng)過(guò)加密后，密文圖像完全隱藏了原始圖像的信息，很好地保護(hù)了圖像信息。對(duì)圖像進(jìn)行解密則包括以下步驟：1)取加密后的圖像i＇；2)將圖像i＇的像素值二維矩陣轉(zhuǎn)換成一維矩陣a＇[0,m*n-1]；3)以key[0]為初始密鑰，用logistic映射至少迭代100次，消除暫態(tài)之后，用chebyshev再迭代3次，將這3次chebyshev迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后分別保存在chebyshev_x＇[0]、chebyshev_x＇[1]、chebyshev_x＇[2]中；4)以key[1]為初始密鑰，用chebyshev映射迭代至少100次，用logistic再迭代3次，將這3次logistic迭代產(chǎn)生的結(jié)果取絕對(duì)值后別保存在logistic_x＇[0]、logistic_x＇[1]、logistic_x＇[2]中；5)從a＇中按照像素點(diǎn)的排列順序取像素點(diǎn)并保存該像素點(diǎn)未解密時(shí)的值，若當(dāng)前像素點(diǎn)位置為奇數(shù)則用chebyshev混沌映射以步驟3)中產(chǎn)生的chebyshev_x＇[0]、chebyshev_x＇[1]、chebyshev_x＇[2]為初始密鑰迭代，每次迭代都將結(jié)果記錄下來(lái)用作下一個(gè)奇像素點(diǎn)迭代解密的密鑰；若此像素點(diǎn)位置為偶數(shù)則用logistic混沌映射以步驟4)中產(chǎn)生的logistic_x＇[0]、logistic_x＇[1]、logistic_x＇[2]為初始密鑰迭代，每次迭代都將結(jié)果記錄下來(lái)用作下一個(gè)偶數(shù)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)迭代解密的密鑰；6)對(duì)解密后的像素點(diǎn)進(jìn)行恢復(fù)，取當(dāng)前被恢復(fù)的像素點(diǎn)的前一個(gè)像素點(diǎn)在未解密時(shí)保存的值，用該值的三個(gè)分量r＇＇、g＇＇、b＇＇分量分別與正在解密的像素點(diǎn)的b、r、g或者g、b、r分量進(jìn)行異或操作即r＇＇⊕b，g＇＇⊕r，b＇＇⊕g或者r＇＇⊕g，g＇＇⊕b，b＇＇⊕r，且所采用的異或組合與加密時(shí)的組合相同；7)重復(fù)步驟5)和6)直到遍歷a＇中所有像素點(diǎn)，最后輸出原圖像i。下面對(duì)本發(fā)明的圖像加密方法進(jìn)行安全方面的分析。1.直方分布圖分析圖像的直方圖描述了圖像中像素值的分布情況，是圖像的重要統(tǒng)計(jì)特性。圖3(a)(c)(e)分別是原圖像加密前紅色、綠色、藍(lán)色通道的直方分布圖，從圖中可知圖像像素分布落差大而且比較混亂，攻擊者根據(jù)圖像像素的分布情況很容易得到圖像的信息。原圖像經(jīng)過(guò)本發(fā)明加密后得到紅色、綠色、藍(lán)色通道的直方分布圖，如圖3(b)(d)(f)所示，從圖中可知加密后圖像像素的分布比較平緩和均勻，能夠很好地隱藏像素值信息，有效地抵御統(tǒng)計(jì)方法的攻擊。2.密鑰空間分析密鑰空間是衡量加密算法的一個(gè)基本指標(biāo)。本發(fā)明采用8個(gè)密鑰，分別為key[0]、key[1]、chebyshev_x[0]、chebyshev_x[1]、chebyshev_x[2]、logistic_x[0]、logistic_x[1]、logistic_x[2]，密鑰的類型是double類型，數(shù)據(jù)有效位16位，本發(fā)明的密鑰空間達(dá)到8×1064，算法有足夠大的密鑰空間，能夠有效地抵御窮舉攻擊。3.密鑰敏感性分析此實(shí)施例中我們?nèi)≌_的密鑰是logistic_x0＝0.4，chebyshev_x0＝0.4，將兩個(gè)密鑰分別改變0.000000000000001(1×10-15)之后logistic_x0＝0.400000000000001、chebyshev_x0＝0.400000000000001，正確密鑰與錯(cuò)誤密鑰相差1015倍，解密后的圖像和原始圖像差別很大。圖4(a)是密文圖像通過(guò)正確的密鑰解密出來(lái)的圖像，圖4(b)將正確密鑰改變細(xì)微值后解密出來(lái)的圖像，從圖4(a)和圖4(b)的圖像對(duì)比可以明顯看出，當(dāng)初始密鑰發(fā)生10-15的微小改變時(shí)，圖像解密后不能恢復(fù)出原始圖像，從而證明本發(fā)明的方法具有很好的密鑰敏感性。4.像素相關(guān)性分析數(shù)字圖像中相鄰像素之間在水平方向、垂直方向和對(duì)角線方向存在很大的相關(guān)性，攻擊者可以利用密文圖像的相鄰像素相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)攻擊，分析出原文圖像。因此在設(shè)計(jì)加密算法時(shí)，就要去除相鄰像素的相關(guān)性。相關(guān)性系數(shù)的計(jì)算公式如式(3)－(6)所示：式(3)－(6)中，x和y是圖像中相鄰像素的像素值，i＝1,…,n，n表示像素對(duì)的數(shù)量，e(x)表示均值，d(x)表示方差，cov(x,y)表示x，y的協(xié)方差，rxy表示相關(guān)系數(shù)。相關(guān)性系數(shù)rxy的取值是在-1到1之間，當(dāng)|rxy|>0.8時(shí)稱為高度相關(guān)，當(dāng)|rxy|<0.3時(shí)稱為低度相關(guān)，因此當(dāng)系數(shù)rxy的值越接近0，表示相鄰像素的相關(guān)性越小。根據(jù)公式(3)－(6)對(duì)灰度值加密的圖像加密算法進(jìn)行相鄰像素的相關(guān)性分析，隨機(jī)選取明文圖像和密文圖像中3000對(duì)相鄰像素點(diǎn)，計(jì)算其水平方向、垂直方向和對(duì)角線方向的像素相關(guān)性，計(jì)算結(jié)果如下表1所示。表1圖像各通道加密前后相鄰像素的相關(guān)系數(shù)對(duì)比從表1中圖像各通道加密前后相鄰像素的相關(guān)系數(shù)的對(duì)比數(shù)據(jù)可知，圖像在加密前三個(gè)方向的相鄰像素對(duì)的相關(guān)性都高度相關(guān)，經(jīng)過(guò)本發(fā)明算法加密后，三個(gè)方向的相鄰像素對(duì)的相關(guān)系數(shù)值都非常小，相關(guān)性非常低，很好的將原始圖像的統(tǒng)計(jì)特性擴(kuò)散到了隨機(jī)密文中，明文的不可見(jiàn)性得到增強(qiáng)，說(shuō)明本發(fā)明能夠有效地抵抗統(tǒng)計(jì)分析。5.差分攻擊分析差分分析是通過(guò)明文中像素值的微小改變來(lái)分析改變前后加密圖像之間可能存在的關(guān)系。差分分析有兩個(gè)重要的指標(biāo)：(1)像素變化率npcr，用來(lái)測(cè)試密文改變的個(gè)數(shù)，如公式(7)所示。(2)平均像素改變密度uaci，用來(lái)測(cè)試密文改變的平均密度，如公式(8)所示：根據(jù)公式(7)(8)，計(jì)算三個(gè)通道的npcr和uaci，計(jì)算結(jié)果如表2所示。表2三個(gè)通道的npcr和uaci值參數(shù)紅色通道綠色通道藍(lán)色通道像素變化率(npcr)％96.946％96.949％96.948％平均像素改變密度(uaci)％8.696％8.694％8.695％從表2中的數(shù)據(jù)可知，紅色通道的npcr＝96.946％，綠色通道的npcr＝96.949％，藍(lán)色通道的npcr＝96.948％，紅色通道的uaci＝8.696％，綠色通道的uaci＝8.694％，藍(lán)色通道的uaci＝8.695％，明文中像素值的微小改變經(jīng)過(guò)本發(fā)明的加密后擴(kuò)散效果很好，本發(fā)明能夠有效地抵抗差分分析。6.信息熵攻擊分析在shanon的信息論中提出了信息熵的概念，反應(yīng)了信息的不確定性。對(duì)于一個(gè)信源x＝{xi|i＝1,2,3,…,n}，其中xi的概率為p(xi)，x的信息熵計(jì)算公式如(9)所示：按公式(9)計(jì)算圖像三個(gè)通道加密前后的信息熵，計(jì)算結(jié)果如表3所示。表3圖像三個(gè)通道加密前后信息熵的對(duì)比參數(shù)加密前加密后紅色通道信息熵7.641297.99767綠色通道信息熵7.347977.99769藍(lán)色通道信息熵7.668377.99737公式(9)中x的隨機(jī)性越大，信息熵就越高，對(duì)于數(shù)字圖像而言，信息熵越接近8，圖像信息就越具有隨機(jī)性。從表3中可知，原始圖像的紅色通道信息熵＝7.64129，綠色通道信息熵＝7.34797，藍(lán)色通道信息熵＝7.66837，加密后圖像的紅色通道信息熵＝7.99767，綠色通道信息熵＝7.99769，藍(lán)色通道信息熵＝7.99737，說(shuō)明加密圖像的像素序列的隨機(jī)性很好。7.加解密時(shí)間分析圖像加解密算法對(duì)用戶來(lái)說(shuō)最直接的體驗(yàn)就是運(yùn)行效率。本發(fā)明加密一張300×300的圖像所用的時(shí)間大約為0.110秒；解密時(shí)所用的時(shí)間大約為0.084秒。本發(fā)明具有較快的加解密速度，可以廣泛的應(yīng)用于對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)設(shè)備的圖像加密。如圖5所示，本實(shí)施例給出了一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密系統(tǒng)，包括移動(dòng)設(shè)備攝像頭1、奇偶判別電路2、隨機(jī)密鑰產(chǎn)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、擴(kuò)散電路8、顯示屏9，其特征在于：所述移動(dòng)設(shè)備攝像頭1與奇偶判別電路連接2；隨機(jī)密鑰產(chǎn)生器3分別與第一logistic迭代器4、第一chebyshev迭代器連接6；第一logistic迭代器4與第二chebyshev迭代器5連接；第一chebyshev迭代器6與第二logistic迭代器7連接；第二chebyshev迭代器5與擴(kuò)散電路8連接；第二logistic迭代器7與擴(kuò)散電路8連接；擴(kuò)散電路與顯示屏9連接。所述的移動(dòng)設(shè)備攝像頭，用于彩色圖像的獲取，做為明文圖像；所述的奇偶判別電路，用于對(duì)輸入的明文圖像的像素點(diǎn)位置的奇偶性進(jìn)行判斷；所述的隨機(jī)密鑰產(chǎn)生器，用于隨機(jī)產(chǎn)生第一logistic迭代器和第一chebyshev迭代器的初始密鑰；所述的第一logistic迭代器，用于產(chǎn)生明文圖像的logistic映射迭代，消除暫態(tài)的影響，然后產(chǎn)生第二chebyshev迭代器的密鑰；所述的第二chebyshev迭代器，用于產(chǎn)生明文圖像的奇數(shù)像素點(diǎn)的chebyshev混沌結(jié)果；所述的第一chebyshev迭代器，用于產(chǎn)生明文圖像的chebyshev映射迭代，消除暫態(tài)的影響，然后產(chǎn)生第二logistic迭代器的密鑰；所述的第二logistic迭代器，用于產(chǎn)生明文圖像的偶數(shù)像素點(diǎn)的logistic混沌結(jié)果；所述擴(kuò)散電路是由cn⊕cn-1異或電路和pm⊕pm-1異或電路組成，通過(guò)并聯(lián)的方式連接，用于產(chǎn)生像素點(diǎn)的擴(kuò)散和密文圖像。所述的顯示屏，用于顯示加密之后的密文圖像。進(jìn)一步的，上述實(shí)施例中所述的一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像加密系統(tǒng)可采用如圖6所示的工作原理實(shí)現(xiàn)像素點(diǎn)的擴(kuò)散。具體的如圖2所示，包括第二chebyshev迭代器5、第二logistic迭代器7、擴(kuò)散電路8，所述的擴(kuò)散電路的內(nèi)部由cn⊕cn-1異或電路801和pm⊕pm-1異或電路802組成，cn⊕cn-1異或電路利用當(dāng)前加密奇數(shù)像素點(diǎn)cn與前一個(gè)加密奇數(shù)像素點(diǎn)cn-1進(jìn)行異或運(yùn)算，用于彩色圖像奇數(shù)像素點(diǎn)的擴(kuò)散；pm⊕pm-1異或電路利用當(dāng)前加密偶數(shù)像素點(diǎn)pm與前一個(gè)加密偶數(shù)像素點(diǎn)pm-1進(jìn)行異或運(yùn)算，用于彩色圖像偶數(shù)像素點(diǎn)的擴(kuò)散；801和802通過(guò)并聯(lián)的方式連接，用于產(chǎn)生密文圖像。如圖7所示，本實(shí)施例給出了一種基于雙混沌交叉擴(kuò)散的彩色圖像解密系統(tǒng)，包括密文圖像存儲(chǔ)器10、奇偶判別電路2、密鑰存儲(chǔ)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、擴(kuò)散電路8和顯示屏9，所述密文圖像存儲(chǔ)器10與奇偶判別電路2連接；奇偶判別電路2分別連接第二chebyshev迭代器5和第二logistic迭代器7；密鑰存儲(chǔ)器11分別與第一logistic迭代器4和第一chebyshev迭代器連接6；第一logistic迭代器4與第二chebyshev迭代器5連接；第一chebyshev迭代器6與第二logistic迭代器7連接；第二chebyshev迭代器5和第二logistic迭代器7分別與擴(kuò)散電路8連接；擴(kuò)散電路與顯示屏9連接。所述的密文圖像存儲(chǔ)器，用于彩色圖像的加密存儲(chǔ)，做為密文圖像；所述的奇偶判別電路，用于對(duì)輸入的密文圖像的像素點(diǎn)位置的奇偶性進(jìn)行判斷；所述的密鑰存儲(chǔ)器，用于保存隨機(jī)密鑰產(chǎn)生器生成的密鑰；所述的第一logistic迭代器，用于產(chǎn)生密文圖像的logistic映射迭代，消除暫態(tài)的影響，然后產(chǎn)生第二chebyshev迭代器的密鑰；所述的第二chebyshev迭代器，用于產(chǎn)生密文圖像的奇數(shù)像素點(diǎn)的chebyshev混沌結(jié)果；所述的第一chebyshev迭代器，用于產(chǎn)生密文圖像的chebyshev映射迭代，消除暫態(tài)的影響，然后產(chǎn)生第二logistic迭代器的密鑰；所述的第二logistic迭代器，用于產(chǎn)生密文圖像的偶數(shù)像素點(diǎn)的logistic混沌結(jié)果；如圖8所示，解密系統(tǒng)中擴(kuò)散電路類似于加密系統(tǒng)中的擴(kuò)散電路，是由cn⊕cn-1異或電路和pm⊕pm-1異或電路組成，通過(guò)并聯(lián)的方式連接，用于產(chǎn)生像素點(diǎn)的擴(kuò)散和明文圖像。所述的顯示屏，用于顯示解密之后的明文圖像。當(dāng)前第1頁(yè)12