一种基于小波分层和组合混沌的图像加密算法
【专利摘要】本发明涉及一种基于小波分层和组合混沌的图像加密算法，属于图像加密安全算法技术领域。该算法首先针对图像做Haar小波分解得到图像的系数，然后通过几何方式重组图像系数；再采用一般罗切斯特映射组合生成多混沌加密矩阵，加密图像的组合系数得到密文图像。本发明提供的算法图像直观信息和图像灰度信息得到很好的隐藏；图像像素间相关性趋于不相关；加密算法密钥空间相较于普通加密算法提升显著，安全性增高；有效抗多种密钥攻击算法；次加密算法为完全可逆加密，属于无损加密算法。
【专利说明】
一种基于小波分层和组合混沌的图像加密算法
技术领域
[0001] 本发明属于图像加密安全算法技术领域，涉及一种基于小波分层和组合混沌的图 像加密算法。
【背景技术】
[0002] 图像加密技术是最近二十年来信息安全研究领域出现的新热点。随着互联网的日 益开放壮大，人们在享受信息、资料方便易寻的同时，也受到了它所带来的不可忽视的问 题一信息安全，尤其是在军事、金融等对信息安全性要求较高的领域。
[0003] 目前，常用的图像加密方法有自适应图像加密、基于混沌系统的加密算法、盲源分 离图像加密方法等等。
[0004] 本发明提供的基于小波分层和组合混沌的图像加密算法采用了 Haar小波对二维 图像数据的分解，然后采用几何重组的方式，完整的保留了图像各个频段数值，这保证了解 密过程中，小波重构得到的图像的无损性;罗切斯特混沌映射生成初步的混沌矩阵，在算法 复杂度上相较于其他混沌映射形式更小，这对提升加密速度有跟高的优势；组合混沌矩阵 的应用，使得在足够低的算法时间复杂度基础上，增加了加密算法的密钥空间，提高了加密 算法的安全性。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于小波分层和组合混沌的图像加密算 法，该方法不仅能够有效隐藏图像视觉信息和图像灰度分部信息，而且密钥空间大，算法安 全性高，抗攻击能力强。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种基于小波分层和组合混沌的图像加密算法，该算法先针对图像做Haar小波分 解得到图像的系数，然后通过几何方式重组图像系数;再采用一般罗切斯特映射组合生成 多混沌加密矩阵，加密图像的组合系数得到密文图像。
[0008] 进一步，该算法具体包括以下步骤：
[0009] 步骤1:对原始图像进行小波分解，得到图像的四个小波分解系数矩阵Ima，Imh， Imv，Imd;
[0010] 步骤2:对四个系数矩阵进行几何形式上的重组，得到图像小波系数整合矩阵Coe_ E；
[0011] 步骤3:利用一般混沌映射，如logistics映射，设定三个或以上初值和参数值，生 成简单混纯矩阵Sub_a，sub_b，sub_c;
[0012] 步骤4:设定常数W，使它的取值范围与初始值值域相同，利用多混沌组合公式得到 组合混沌矩阵Chaos_P;
[0013]步骤5:将步骤2生成的Coe_E与步骤4生成的Chaos_P，矩阵异或，生成最红加密矩 阵E_image〇
[0014]进一步，所述对图像进行小波分解和图像系数的几何形态重组，二维灰度图像的 多尺度分解如下： Im^ -< -2}M,y -2a) > Imh =< I{x\ - 2m, v - 2n\ >
[0015] Im d /{.t, v), - 2ifi,y - 2n) >
[0016] 对各层系数矩阵Ima, Imh, Imv, Imd进行重组得到初步加密图像
[0017] C〇e_EJ{ma imh}
[0018] (3〇6_￡与组合混纯矩阵Chaos_P异或得到密文图像E_image。
[0019] 进一步，所述组合混沌Chaos_P*以下公式生成：
[0020] Chaos_P( i , j) =ffo( l-t)2sub_a(i , j )+2ffi( l-t)sub_b( i > j)+W2t2sub_c(i , j)
[0021 ]其中，调节参数W= {wq，wi，W2}，t，WG (〇, 1) ;sub_a(i，j)，sub_b(i，j)，sub_c(i，j) 为logistics混纯映射生成。
[0022] 进一步，所述子混沌矩阵由一般混沌映射罗切斯特映射生成，罗切斯特映射：
[0023] ln=y*ln-Kl-ln-山其中参数 yG[3.5699456,4]lnG(〇，l)nGN。
[0024] 本发明的有益效果在于:本发明提供的算法图像直观信息和图像灰度信息得到很 好的隐藏；图像像素间相关性趋于不相关;加密算法密钥空间相较于普通加密算法提升显 著，安全性增高;有效抗多种密钥攻击算法;次加密算法为完全可逆加密，属于无损加密算 法。
【附图说明】
[0025] 为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行 说明：
[0026]图1为本发明所述算法的流程图。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0028] 图1为本发明所述算法的流程图，本发明提供的基于小波分层和组合混沌的图像 加密算法具体包括以下步骤：
[0029]步骤1:对原始图像进行小波分解，得到图像的四个小波分解系数矩阵Ima，Imh， Imv，Imd;
[0030] 步骤2:对四个系数矩阵进行几何形式上的重组，得到图像小波系数整合矩阵Coe_ E；
[0031] 步骤3:利用一般混沌映射，如logistics映射，设定三个或以上初值和参数值，生 成简单混纯矩阵Sub_a，sub_b，sub_c;
[0032] 步骤4:设定常数W，使它的取值范围与初始值值域相同，利用多混沌组合公式得到 组合混沌矩阵Chaos_P;
[0033]步骤5:将步骤2生成的Coe_E与步骤4生成的Chaos_P，矩阵异或，生成最红加密矩 阵E_image〇
[0034] 其中，所述对图像进行小波分解和图像系数的几何形态重组，二维灰度图像的多 尺度分解如下： lm w =< I{\.) - 2m^y - 2n)> Im^ =< I{x\ - 2m, v - 2n\ >
[0035] '. ' Im v =< J(x. v t, { a- - 2m, i' - 2n i > Im d /{.t, v), - 2ifi,y - 2n) >
[0036] 对各层系数矩阵Ima, Imh, Imv, Imd进行重组得到初步加密图像
[0037] C〇e_EJ{ma imh} imd
[0038] (3〇6_￡与组合混纯矩阵Chaos_P异或得到密文图像E_image。
[0039] 所述组合混沌Chaos_P*以下公式生成：
[0040] Chaos_P( i , j) =ffo( l-t)2sub_a(i , j )+2ffi( l-t)sub_b( i > j)+W2t2sub_c(i , j)
[0041 ]其中，调节参数W= {wq，wi，W2}，t，WG (〇, 1) ;sub_a(i，j)，sub_b(i，j)，sub_c(i，j) 为logistics混纯映射生成。
[0042]所述子混沌矩阵由一般混沌映射罗切斯特映射生成，罗切斯特映射 (1-ln-1)，其中参数 yG[3.5699456,4]lnG(0，l)nGN。
[0043]最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通 过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在 形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
【主权项】
1. 一种基于小波分层和组合混浊的图像加密算法，其特征在于:该算法先针对图像做 化ar小波分解得到图像的系数，然后通过几何方式重组图像系数;再采用一般罗切斯特映 射组合生成多混浊加密矩阵，加密图像的组合系数得到密文图像。2. 根据权利要求1所述的一种基于小波分层和组合混浊的图像加密算法，其特征在于： 该算法具体包括W下步骤： 步骤1:对原始图像进行小波分解，得到图像的四个小波分解系数矩阵Ima, Imh, Imv, Imd; 步骤2:对四个系数矩阵进行几何形式上的重组，得到图像小波系数整合矩阵Coe_E; 步骤3:利用一般混浊映射（logistics映射），设定S个或W上初值和参数值，生成简单 混浊矩阵 Sub_a，sub_b，sub_c; 步骤4:设定常数W，使它的取值范围与初始值值域相同，利用多混浊组合公式得到组合 混浊矩阵Qiaos_P; 步骤5:将步骤2生成的Coe_E与步骤4生成的化aos_P，矩阵异或，生成最红加密矩阵E_ image。3. 根据权利要求2所述的一种基于小波分层和组合混浊的图像加密算法，其特征在于： 所述对图像进行小波分解和图像系数的几何形态重组，二维灰度图像的多尺度分解如下： 对各层系数矩阵Ima ,Imh ,Ir密图像 E_image = bitxor(Coe_E ,Chaos_P) Coe_E与组合混浊矩阵化aos_P异或得到密文图像E_image，其中bitxor为位异或操作。4. 据权利要求3所述的一种基于小波分层和组合混浊的图像加密算法，其特征在于:所 述组合混浊化曰〇3_口由W下公式生成： Qiaos_P(i , j) = Wo(l_t)2sub_a(i , j)+2Wi(l_t)sub_b(i , j)+W2t2sub_c(i , j) 其中，调节参数W= {wo,W1，W2}表示子混浊到多混浊矩阵的调节系数，t为微调变量，W，t G (0,1) ;sub_a(i , j) ,sub_b(i , j) ,sut)_c(i , j)为不同初始条件下logistics混浊映射生成 的子矩阵。5. 据权利要求4所述的一种基于小波分层和组合混浊的图像加密算法，其特征在于:所 述子混浊矩阵由一般混浊映射罗切斯特映射生成，罗切斯特映射:ln =阳In-I(I-In-I)，其中 参数 iiG[3.5699456,4]lnG(0，l)nGN。
【文档编号】G06T1/00GK105913370SQ201610218566
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】王伟, 谭海燕, 李章勇, 冉鹏, 庞宇, 李国权, 周前能, 张海涛, 任斌斌
【申请人】重庆邮电大学