一种高维混沌映射的视频保密通信方法与流程

文档序号:11433280阅读:442来源:国知局
一种高维混沌映射的视频保密通信方法与流程
本发明涉及视频保密通信方法,具体是一种高维混沌映射的视频保密通信方法。

背景技术:
1989年英国数学家Mattllews首次提出了一种基于一维Logistic映射的文本密码方案。从此混沌加密成为研究的热点。混沌系统应用于图像加密,首先由Fridrich于1997年提出,使用二维的Baker映射和Cat映射进行了像素位置的变换,不过二维Cat映射的密钥空间过小,同时局限于对正方形大小图像加密。Chen和Mao在Fridrich的基础上,将二维Baker映射和二维Cat映射扩展到三维,并分别利用三维映射提出了一个快速的图像加密方案。Feng等利用混沌拉伸和折叠的原理提出了line映射图像加密算法后又利用图像分割的思想提出了一种混沌映射图像加密算法。近年来二维混沌映射被扩展到三维空间进行图像加密,如Mao等人提出的3DBakermap图像加密算法,ChenG提出的3DCatmap图像加密算法。国家知识产权局于2012年12月19日公开了公开号为CN102831569A,专利名称为一种面向手机服务的数字图像选择加密方法的发明专利文献,该专利文献:包括待加密分数小波低频子带的选择、图像混沌加密密钥的确定、图像的加密操作及加密质量评价四部分;其中,图像混沌加密密钥的确定,要实现分数小波变换和混沌加密需要确定以下参数:(1)混沌序列的控制参数α,由用户给出;(2)图像小波变换的尺度β,由用户给出;(3)分数小波变换的分数阶数γ,且满足0<γ<2,由用户给出;(4)混沌序列初始值X(0),它的确定过程如下:步骤1.设原始图像是m比特的,从被选择的子带中任选5个像素点P1,P2,P3,P4,P5,由这5个点的像素值来获得该子带的混沌序列初始值;步骤2.按照下列公式计算所选小波子带的混沌序列初始值:上述四个参数α,β,γ,X(0)构成所选子带图像加密的密钥;图像的加密操作如下:步骤1.对于所选择的小波低频子带,设该子带的大小是N1×N2,利用这个分数小波低频子带生成的系列初始值X(0),按照如下映射生成混沌序列:X(n+1)=cos(α·arccos(X(n))(4),其中,α是控制参数,且X(n)∈[-1,1],此时所生成的序列是混沌的,由于这个混沌序列是双极性的,按照下述变换将其转化成[0,1]内的单极性序列:这个序列的长度取为N1×N2,并将这N1×N2个数值转换成N1行N2列的混沌矩阵,记为U;步骤2.对所选择的分数小波低频子带进行加密,加密按如下公式计算:其中,是XOR运算,ValueNew(i,j)、ValueOld(i,j)分别是所选择分数小波低频子带加密后与加密前在第i行第j列的低频子带分数小波系数;步骤3.用加密后的分数小波低频子带替换加密前的分数小波低频子带之后,进行小波逆变换,获得初始加密图像;步骤4.将所获得的初始加密图像分割成4幅大小相同的子图像,之后对这4幅子图像依照顺时针方向做轮换处理后,所获得的图像就是最终的加密图像。上述专利的技术方案与本专利的技术方案完全不同。

技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种保密性强、加密还原度高的高维混沌映射的视频保密通信方法。为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种高维混沌映射的视频保密通信方法,包括以下步骤:A.建立8维离散混沌映射的动力学方程:式中Ni(i=1,2,…,8)=2,A8=(Aij)8×8(i,j=1,2,…,8)的构造方法为其中:下标排序Oi,j,其中i,j的取值应满足的条件为选择其中的一种下标排序Oi,j为:Oi,j=78,13,14,15,16,45,18,23,24,25,57,27,28,34,35,36,37,38,17,46,47,48,56,26,58,67,68,12则相应的变换矩阵A8为Tij的乘积,得得视频像素位置置乱加密算法为式中的第二行和最后一行联合起来表示8个从0到3的嵌套循环;B.通过上述8个从0到3的嵌套循环,循环次数为216,与一帧图像的像素相等,根据上式,得视频像素位置置乱加密算法的映射表如下表所示:由于视频像素位置置乱加密算法中的取模运算是模4运算,故映射表中的每一项E(S,i)只能有0,1,2,3四种可能的取值,即E(S,i)∈{0,1,2,3}式中S=0,1,2,…,216-1,i=1,2,…,8;C.加密运算:①给二维视频图像中的每个像素编排顺序号:像素位置置乱加密之前将一幅大小为256×256的二维视频图像像素的位置表示成一维数组,共有65536个像素点,对应该一维数组的长度为65536,在像素位置置乱加密之前,每一个像素对应一个顺序号,顺序号S每次按增加1的顺序排列并且满足0≤S≤216-1,S(S=0,1,2,…,216-1)的大小为②构建视频像素位置置乱加密后的顺序号:利用映射表中每一行对应的8个E(S,i)(i=1,2,…,8),构造一个视频像素位置置乱加密之后的顺序号,则对应顺序号的大小为E(S)=E(S,α1)×214+E(S,α2)×212+E(S,α3)×210+E(S,α4)×28+E(S,α5)×26+E(S,α6)×24+E(S,α7)×22+E(S,α8)×20式中αi(i=1,2,…,8)∈{1,2,…,8},α1≠α2≠…≠αn。根据上式,由于S与E(S)是一对一的,故E(S)也有65536种不同的取值;③利用视频像素位置置乱加密算法映射表,将原来位置为S处的像素值映射到位置为E(S)处,由此得到一帧图像的密文值p(k);D.信息传送:服务器端同时将一帧图像的密文值p(k)通过以太网传送给客户端;E.客户端利用以同样方式产生的映射表对密文值p(k)进行反映射实现解密。进一步地,所述步骤C中的步骤③中的具体方法如下:首先,设视频像素位置置乱加密之前的二维坐标为(x,y),则加密之前的二维坐标(x,y)与一维数组顺序号S(S=0,1,2,…,216-1)之间的关系为式中floor表示向下取整,mod为模函数;其次,设视频像素位置置乱加密后的二维坐标为(xe,ye),则加密后的二维坐标(xe,ye)与一维数组顺序号E(S)之间的关系为如果位置置乱加密之前对应二维坐标(x,y)的视频像素值为V(x,y),则位置置乱加密之后对应二维坐标(xe,ye)的视频像素值为Ve(xe,ye),进行下式所示的置换操作运算Ve(xe,ye)=V(x,y)则实现了视频像素的位置置乱的加密,最后得到一帧图像的密文值p(k)。进一步地,所述步骤E中的具体解密方法如下:解密是加密的逆运算,设解密后对应像素顺序号的数学表达式为D(S)=D(S,α1)×214+D(S,α2)×212+D(S,α3)×210+D(S,α4)×28+D(S,α5)×26+D(S,α6)×24+D(S,α7)×22+D(S,α8)×20设视频像素解密后...
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