基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏与恢复方法

本发明属于数字图像隐藏与恢复，具体涉及一种基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏与恢复方法。

背景技术：

1、因图像的数据量庞大、相关性强，使得利用传统密码学理论的信息加密系统在图像加密领域难以应用。混沌系统生成的混沌序列具有对初始条件极端敏感等特点，因此将混沌系统与加密算法结合后可以利用混沌系统对初始条件极其敏感的特点去增大混沌加密系统的密钥空间；利用混沌系统的伪随机特性去增加密文信息的破译难度，提高图像加密算法的安全。

2、但经过加密算法处理后的密文信息具有明显的乱码、马赛克等特征，这将会在传输及存储的过程中明确地告知攻击者哪些是经过加密后的密文信息，增加了被攻击者恶意攻击的概率，严重威胁了重要信息的安全性，因此，降低密文信息被发现的概率也十分重要。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提出一种基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，该方法利用忆阻多涡卷超混沌系统具有伪随机性、对初始条件敏感、运动轨迹具有长期不可预测等特性扩大了加密系统的密钥空间、提高了加密质量；并且本发明只对图像关键信息进行加密，进一步提高了加密速度；同时，本发明利用可逆信息隐藏技术，进一步降低经过加密系统处理的加密信息在传输过程中被发现的概率，降低了加密信息在传输过程中被攻击的概率，从而提高加密信息在传输过程中的安全性。

2、本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：

3、基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，包括如下步骤：

4、步骤i.1.设计忆阻多涡卷超混沌系统，得到忆阻多涡卷超混沌系统的参数值和初始条件；将混沌系统迭代n0次，用于消除暂态效应，其中n0为正整数；

5、步骤i.2.将大小为x*y*3的彩色明文图像a分解为三个大小为x*y的rgb通道分量，分别对三个通道分量进行分块，将其分为大小为3*3的块；对每块中的像素值进行排序，选取经过排序后的像素值的中位数作为本块的参考像素值pref1，并用每块中其他位置的像素值减去参考像素值，得到其余像素与参考像素的像素差值dk1；

6、步骤i.3.生成rgb通道分量对应的分形图像，嵌入步骤i.2得到的图像的像素差值；

7、步骤i.4.将步骤i.2中的明文图像rgb通道的参考像素值分别重新拼合成彩色图像b；使用改进的aes加密算法对拼合成的彩色图像b进行加密得到加密图像b′；

8、并对加密图像b′进行rgb通道分离，分别得到加密图像b′的rgb通道分量；

9、步骤i.5.将步骤i.4得到的加密图像b′的rgb通道分量转换为二进制，并分别对步骤i.3生成的rgb通道分量对应的分形图像进行分块，分为大小为3*3的块；分别将加密图像b′的rgb通道分量对应的二进制高位数据嵌入到步骤i.3中得到的分形图像中；

10、步骤i.6.将经过步骤i.5得到的嵌入后的rgb通道分量对应的载密图像进行拼合，得到载密图像c；至此，实现了对彩色明文图像a的图像隐藏处理。

11、此外，本发明还提出了一种与基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法对应的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像恢复方法，其采用如下技术方案：

12、基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像恢复方法，包括如下步骤：

13、步骤ii.1.读取载密图像c；

14、步骤ii.2.将载密图像c分解为rgb通道分量分别对应的载密图像，并分别对生成的rgb通道分量对应的分形图像进行分块，每块大小为3*3的块；

15、采用与数据发送方相同的密钥，利用所设计的忆阻多涡卷超混沌系统产生的混沌序列z(k)，分别从rgb通道分量对应的载密图像中提取出所嵌入的图像像素二进制数据，并分别恢复出对应于rgb通道分量未嵌入数据前的分形图像；

16、步骤ii.3.将步骤ii.2提取的像素二进制数据转换为十进制，并将转换后的rgb通道分量像素值重新生成一幅新的彩色图像，并使用aes加密算法对应的解密算法对新生成的彩色图形进行解密操作，得到解密后的彩色图像，然后对解密的彩色图像进行rgb分离操作，得到解密后的rgb通道分量的参考像素；

17、步骤ii.4.通过生成分形图像，提取在图像隐藏过程中嵌入图像的rgb通道分量对应的图像的像素差值数据；

18、步骤ii.5.将步骤ii.3得到的rgb通道分量的参考像素和步骤ii.4得到的rgb通道分量对应的图像的像素差值数据进行处理，得到明文图像的rgb分量，然后将rgb分量融合成最终的提取图像，并判断提取的图像是否有像素全为零的行和列，若有，则去除该行和列的像素值；

19、步骤ii.6.得到提取的明文图像。

20、本发明具有如下优点：

21、如上所述，本发明述及了一种基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏与恢复方法，其中，本发明设计的忆阻多涡卷超混沌系统能够产生可控涡卷数量的吸引子，使得密钥序列更加复杂，大大提高破译难度，因此所提出的改进aes加密算法不仅具有aes算法的优点，能够抵御攻击者的各种破解攻击，还通过引入混沌系统使得加密算法的密钥空间增大，使得提出的改进aes加密算法的安全性进一步增强。同时，所提出的忆阻多涡卷超混沌系统的图像信息隐藏算法，能够进一步降低经过加密系统处理的加密信息在传输过程中被发现的概率、以及加密信息在传输过程中被攻击的概率，使加密信息在传输过程中的安全性得到提高。

技术特征：

1.基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，其特征在于，

6.根据权利要求1所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法，其特征在于，

7.基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像恢复方法，针对如权利要求1至6任一项所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏方法隐藏的载密图像进行恢复；其特征在于，

8.根据权利要求7所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像恢复方法，其特征在于，

9.根据权利要求7所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像恢复方法，其特征在于，

10.根据权利要求7所述的基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像恢复方法，其特征在于，

技术总结
本发明属于数字图像隐藏与恢复技术领域，具体公开了一种基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像隐藏与恢复方法。其中，本发明设计了忆阻多涡卷超混沌系统，同时根据AES加密算法并结合从忆阻多涡卷超混沌系统抽取的随机序列设计出改进的AES加密算法，实现了对数字图像的加密操作；本发明将提出的改进AES加密算法与可逆信息隐藏技术相结合，设计了基于忆阻多涡卷超混沌系统的图像信息隐藏与恢复方法，将加密后的关键信息嵌入到生成的载体图像中，获得被隐藏的加密后的图像，同时根据技术的可逆性，对隐藏图像执行恢复操作得到原图像。本发明能够降低密文信息被发现的概率，大大提高了图像加密的安全性。

技术研发人员：黄霞,贾生浩,胡明振,王震,李玉霞
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16