基于放射形扩散的图像加密方法与流程

技术特征：
1.基于放射形扩散的图像加密方法，其特征在于，加密过程包括如下步骤：步骤1：生成混沌序列：令原始灰色图像i，其大小为m
×
n，采用二维逻辑正弦耦合映射（two-dimensional logistic-sine-coupling map，2d-lscm），如公式（1）所示，产生4个混沌序列；具体为：随机选取初始值x
01
和y
01
，迭代该映射m
×
n次，可得2个长度为mn的混沌序列x1={x
1i
}和y1={y
1i
}；随机选取初始值x
02
和y
02
，迭代该映射m
×
n次，可得2个长度为mn的混沌序列x2={x
2i
}和y2={y
2i
}；，（1）其中，x
i
∈(0, 1)，y
i
∈(0, 1)，控制参数u=0.9912；步骤2：混沌序列排序：利用公式（2）对x1进行升序排序，[t, s]=sort(x1)，
ꢀꢀ
（2）其中，sort(
·
)为排序函数，t为排序后的混沌序列，s为索引序列；步骤3：混沌序列整数化：计算，z
1i = mod(floor(y
1i
×
10
14
), 256)，i=1, 2,
ꢀ…
, mn，
ꢀꢀ
（3）z
2i = mod(floor(x
2i
×
10
14
), 256)，i=1, 2,
ꢀ…
, mn，
ꢀꢀ
（4）z
3i = mod(floor(y
2i
×
10
14
), 256)，i=1, 2,
ꢀ…
, mn，
ꢀꢀ
（5）其中，y
1i
∈y1，x
2i
∈x2，y
2i
∈y2，mod(
·
)为取模运算函数，floor(
·
)为向下取整函数，可产生3个长度为mn的整数混沌序列z1={z
1i
}，z2={z
2i
}和z3={z
3i
}；步骤4：混沌序列二值化：将z1, z2, z3分别进行二值化处理，即混沌序列中的每个元素由十进制转换为8个比特的二进制表示，可得3个长度为8mn的比特序列l1={l
1j
}，l2={l
2j
}，l3={l
3j
}，其中，j=1, 2,
ꢀ…
, 8mn；步骤5：像素级置乱：将i转换为1个长度为mn的像素序列a；按照s中元素的顺序改变a中的像素位置，可得1个长度为mn的置乱图像序列p={p
i
}；步骤6：图像序列二值化：将p进行二值化处理，即每个像素值由十进制转换为8个比特的二进制表示，可得1个长度为8mn的比特序列q={q
j
}；步骤7：放射形扩散：放射形扩散指一种用放射形结构进行的比特级扩散，具体包括三级扩散：第一级利用q和l1进行两位放射扩散，可得1个长度为8mn的比特序列r1={r
1j
}；第二级利用r1和l2进行四位放射扩散，可得1个长度为8mn的比特序列r2={r
2j
}；第三级利用r2和l3进行八位放射扩散，可得1个长度为8mn的比特序列r3={r
3j
}；步骤8：生成加密图像：将r3进行十进制转换，即每8个比特转换成1个十进制数，可得1个大小为m
×
n的矩阵c，即为加密图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤7中，两位放射扩散是指将一个像素值的8个比特和整数混沌序列元素的8个比特进行逐比特异或运算，并把第1比特和第2比特的异或结果互换位置，第3比特和第4比特的异或结果互换位置，第5比特和第6比特的异或结果互换位置，第7比特和第8比特的异或结果互换位置，如公式（6）所示，
，i=1, 2,
ꢀ…
, mn，
ꢀꢀ
（6）其中，q
j
∈q，l
1j
∈l1，r
1j
∈r1，j=1, 2,
ꢀ…
, 8mn，
⊕
为异或运算。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤7中，四位放射扩散是指将一个像素的8个比特和整数混沌序列元素的8个比特进行逐比特异或运算，并把第1比特和第4比特的异或结果互换位置，第2比特和第3比特的异或结果互换位置，第5比特和第8比特的异或结果互换位置，第6比特和第7比特的异或结果互换位置，如公式（7）所示，，i=1, 2,
ꢀ…
, mn，
ꢀꢀ
（7）其中，r
1j
∈r1，l
2j
∈l2，r
2j
∈r2，j=1, 2,
ꢀ…
, 8mn。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤7中，八位放射扩散是指将一个像素值的8个比特和整数混沌序列元素的8个比特进行逐比特异或运算，并把第1比特和第8比特的异或结果互换位置，第2比特和第7比特的异或结果互换位置，第3比特和第6比特的异或结果互换位置，第4比特和第5比特的异或结果互换位置，如公式（8）所示，
，i=1, 2,
ꢀ…
, mn，
ꢀꢀ
（8）其中，r
2j
∈r2，l
3j
∈l3，r
3j
∈r3，j=1, 2,
ꢀ…
, 8mn。

技术总结
一种基于放射形扩散的图像加密方法，属于信息加密领域。数字图像信息在互联网上传输很容易，但在实践中信息泄露也是常见的。为保障图像内容在网络中传输的高安全性，本发明提出了一种基于放射形扩散的图像加密方法。该方法采用置乱-扩散框架。其中，置乱阶段用混沌序列对图像进行像素级置乱；扩散阶段将图像中每个像素值的8个比特和整数混沌序列中每个元素的8个比特进行异或运算，设计了一种放射形结构的比特级扩散规则，包括两位放射扩散、四位放射扩散和八位放射扩散，共三级扩散。实验结果和方法分析表明：该方法有着很好的统计特性和加密效果，有效提高加密方法的安全性。有效提高加密方法的安全性。有效提高加密方法的安全性。


技术研发人员：张晓强 杨晓唱 刘蜜
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/25