基于Logistic映射置乱偏移的图像加密方法、电子设备及存储介质

技术特征：
1.基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法，其特征在于，所述方法是采用logistic映射生成混沌序列，将原始图像经过行元素置乱、列元素置乱、行元素偏移、列元素偏移四个加密环节生成密文图像；解密的过程为加密过程的逆过程，按照列位移解密、行位移解密、列置乱解密、行置乱解密顺序解密；其中logistic混沌系统控制整个加解密过程，并在置乱环节结合密钥生成算法，对数字图像的像素点灰度值进行置乱，并在灰度值置乱的基础上对加密后的像素点的位置进行行列位移操作。2.根据权利要求1所述的基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法，其特征在于，采用logistic混沌映射x
n 1
＝μx
n
(1-x
n
)
ꢀꢀꢀꢀ
(1)生成伪随机序列，初始值x0∈(0，1)，参数μ∈(0，4]，所有迭代值x
n
∈(0，1)。3.根据权利要求1或2所述的基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法，其特征在于，所述密钥生成算法是通过两个特定的logistic映射生成特定长度的一系列伪随机的密钥组合，具体算法如下：假定要生成的密钥个数为2个，即2个不同的初始值x0和参数μ的组合，(x
01
，μ1)和(x
02
，μ2)；(1)利用两个不同的logistic映射各自生成一个长度为n的混沌序列，分别为l1(x1，x2，x3，...，x
n
)和l2(x
′1，x
′2，x
′2，...，x
′
n
)；(2)遍历l2序列，对各个元素进行以下变换：μ
n
＝ax
′
n
b
ꢀꢀꢀꢀ
(2)a＝4-b，b∈(3.5699，4]
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中a和b是控制参数，取值由加密者制定；(3)将步骤(2)中生成的参数μ按照顺序排列形成新的参数序列μ(μ1，μ2，μ3...μ
n
)，且每个元素的取值范围均满足(3.5699，4]，保证新的logistic映射处于混沌状态；(4)将l1序列和μ序列对应位置上的元素两两组合形成一个新的长度为n的密钥序列k((x1，μ1)，(x2，μ2)，(x3，μ3)，...，(x
n
，μ
n
))。4.根据权利要求3所述的基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法，其特征在于，假定原始图像大小为m
×
n的彩色图片，采用rgb色彩模式，即每个像素点由红、绿、蓝三个颜色通道的灰度值组成，数字图像矩阵由三个大小为m
×
n的二维矩阵组成，每一个元素的值在[0，255]，对原始图像进行行元素置乱、列元素置乱的方法如下：(1)选取两个不同的初始值x0和参数μ组合作为行置乱加密密钥，使用所述密钥生成算法生成长度为3m的子密钥序列ks((x1，μ1)，(x2，μ2)，...，(x
3m
，μ
3m
))，其中，m是数组图像矩阵的行标；(2)使用子密钥序列的第一个元素，根据logistic映射模型生成长度为n的混沌序列l1(x1，x2，x3，...，x
n
)，之后对混沌序列l1的每个元素进行放大取整处理，即x
′
n
＝round(x
n
×
255)
ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，i＝1，2，3，...，n，按照顺序形成新的混沌序列l1
′
(x
′1，x
′2，x
′3，...，x
′
n
)，其中n是数组图像矩阵的列标；(3)按照从第一行到第m行，从r通道到b通道的顺序，提取数字图像矩阵的第一行元素的灰度值序列p1(p1，p2，p3，...，p
n
)；
(4)基于混沌序列l1
′
，对灰度值序列p1的每一个元素进行操作，置乱灰度值的大小，按照顺序形成新的灰度值序列p1
′
(p
′1，p
′2，p
′3，...，p
′
n
)；(5)重复上述(2)到(4)操作，直至r、g、b三个通道的每行都进行置乱；(6)另选两个不同的初始值x0和参数μ组合作为列置乱加密密钥，使用密钥生成算法生成长度为3n的子密钥序列，提取每一列的灰度值序列，并重复(2)-(4)操作，直至r、g、b三个通道的每列都置乱灰度值；经以上操作，得到经过像素值行列置乱后的加密图片。5.根据权利要求4所述的基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法，其特征在于，对经过像素值行列置乱后的加密图片进行行元素偏移、列元素偏移的方法如下：(1)另选取两个不同的初始值x0和参数μ组合作为行位移的加密密钥；(2)按照从左到右、从第一行到第m行，从r通道到b通道的顺序，扫描数字图像矩阵，将所有灰度值异或并归一化得到偏移量iv，计算公式如下：其中p
i
(i＝1，2，...，m
×
n
×
3)为加密图像按照从左到右、从第一行到第m行，从r通道到b通道的顺序的像素点灰度值取值；(3)生成新的初始值x
′0，保证x
′0∈(0，1)，公式如下：x
′0＝mod((x0 iv)，1)
ꢀꢀꢀꢀ
(6)(4)根据新的初始值x
′0和参数μ生成长度为3m的混沌序列lm(x1，x2，x3，...，x
3m
)，然后根据混沌序列对每一行元素进行左移mn次，具体步骤如下：mn＝round(x
i
*n)，i＝1，2，...3m
ꢀꢀꢀꢀ
(7)p(p1，p2，p3，...，p
n
)
→
p
′
(p
n-mn 1
，...，p1，p2，...，p
n-mn
)
ꢀꢀꢀꢀ
(8)(5)另选两个不同的初始值x0和参数μ组合作为列位移加密密钥，重复上述(3)到(4)操作对每一列像素点进行向下位移的操作。6.根据权利要求5所述的基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法，其特征在于，所述行元素置乱、列元素置乱、行元素偏移、列元素偏移四个加密环节的密钥取值均不相同。7.根据权利要求5所述的基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法，其特征在于，解密具体步骤如下：(1)根据图像加密方法中用于原始图像进行行元素置乱、列元素置乱的相同的初始值x0和参数μ，生成特定混沌序列lm，然后根据混沌序列lm计算移动次数mn，根据加密过程是向左位移，向下位移，对加密图像像素点进行向上位移、向右位移相同次数即恢复原来位置；(2)根据图像加密方法中用于经过行列置乱后的加密图片进行行元素偏移、列元素偏移的相同的初始值x0和参数μ，生成特定混沌序列ks，结合密钥生成算法，按照列置乱、行置乱的顺序重复加密步骤即完成解密。8.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现权利要求1-7任一项所述的基于logistic映射置乱偏移的图像加密方法。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机可读指令，当所述计算机可读指令被计算机的处理器执行时，使计算机执行权利要求1-7任一项所述的基于
logistic映射置乱偏移的图像加密方法。

技术总结
本申请提出基于Logistic映射置乱偏移的图像加密方法、电子设备及存储介质，采用Logistic映射生成混沌序列，将原始图像经过行元素置乱、列元素置乱、行元素偏移、列元素偏移四个加密环节生成密文图像；解密的过程为加密过程的逆过程，按照列位移解密、行位移解密、列置乱解密、行置乱解密顺序解密；其中Logistic混沌系统控制整个加解密过程，并在置乱环节结合密钥生成算法，对数字图像的像素点灰度值进行置乱，并在灰度值置乱的基础上对加密后的像素点的位置进行行列位移操作。本申请结合多个独立的Logistic映射，通过密钥生成算法，对图像的每一行每一列进行像素位置的偏移、像素值的置乱来达到安全的加密效果，可以解决单一Logistic映射密钥空间不足、加密图片灰度分布不均匀等问题，实现安全性高、效率好的图像加密。密。密。


技术研发人员：杨波 李雪梅 吴嵩 王世元 廖晓峰
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：2022.11.21
技术公布日：2023/3/10