三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法
【专利摘要】本发明涉及一种三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法，首先对图像进行处理，变换为多维图像，并获得其像素值数据矩阵，再进行若干几次三维Arnold置乱变换，再利用Logistic混沌序列与图像进行逐位异或运算来改变图像的像素值。采用了三维Arnold变换对处理后的多维图像数据进行像素位置置乱，比起一般二维置乱技术来说，其置乱度更高，而后采用混沌序列来改变像素值，完成加密，具有安全性好，密钥灵敏性强，抗攻击能力强等优点。
【专利说明】三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种信息保密技术，特别涉及一种三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法。
【背景技术】
[0002]科学研究和统计表明，人类从外界获得的信息约有75%来自于图像信息，但由于网络的开放性，图像数据的安全与保密越来越引起人们的重视，如何保护图像数据信息成为了人们普遍关注的问题。
[0003]混沌信号由于具有对初始条件的高度敏感性,可以用来对图像进行加密处理,基于混沌的图像加密方法可以分为两类:像素位置置乱和像素值置乱。传统的基于混沌的加密算法通常是用单一混沌系统来进行加密的，大量文献指出，利用单一混沌映射实现的图像加密算法安全性较低，混沌序列易被破译等缺点。
[0004]现阶段关于图像置乱的技术有很多，而其中常见的有Arnold变换、Standard映射、Baker变换、魔方变换等，但这些变换均是二维变换，要达到较好的置乱效果，往往需要进行多次操作，置乱效率不高，三维Arnold变换克服了这一缺点，作为对数字图像的置乱方法，有很好的置乱效率，对图像的安全保护具有一定的价值。
【发明内容】
[0005]本发明是针对单一混沌映射实现的图像加密算法安全性较低，以及图像置乱效率不高的问题，提出一种三维Ar η ο I d变换和混沌序列结合的图像加密方法，采用应用三维Arnold变换进行置乱，再与混沌序列相结合对数字图像进行加密，此方法提高了图像加密的安全性。
[0006]本发明的技术方案为:一种三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法，具体包括如下步骤:
1)、选取一幅?的灰度图像作为待加密图像，获得其二维矩阵数据，并对图像
进行重构，得到图像的维矩阵数据；
2)、将处理后的Ν维矩阵PW)作4次三维Arnold变换得到置乱后的图像信息矩
阵；
3)、选取合适的P&产生一组Logistic混沛序列丨^)，其中;
4)、从混沌序列ifol)中随机从某一值开始依次取况3个元素组成混沌序列ifa2}，并对{fo2}作转换处理，得到处理后的序列；5)、设一N维零矩阵D(x,y,z)，矩阵D(x,y,z)的大小为N*N*N，将混沌序列{KX3}的元素
顺次放入矩阵D(x,y,z)中，然后将D(x,y,z)与置乱后的图像信息矩阵进行逐位异或运算P2(x,y,z)操作，得到加密后的图像信息矩阵P3(x,y,z);
6)、将加密后的图像信息矩阵P3(x,y,z)中的元素依次放入二维图像矩阵P4(x,y)中，P4(x,y)的大小为M1*N1，其M1*N1=N3再将信息矩阵Ρ4(x,y)按照图像标准格式保存，得到最终的加密图像；
7)、解密时，先将加密图像变换为N维数据矩阵Q1(x,y,z)，并取加密过程中N维混沌序列矩阵D(x,y,z)，然后将D(x,y,z)与矩阵Q1(x,y,z)进行逐位异或运算操作，得到图像信息矩阵 Q2 (x,y,z) ；
8)、将F维矩阵Q2(x,y,z)別作4次三维Arnold反变换操作，得到矩阵Q3(x,y,z);
9)、将N维矩阵Q3(x,y,z)中的数据顺次放入M*N的二维矩阵Q(x,y)中，并将矩阵Q(x,y)按
照图像标准格式保存，得到最终的解密图像。
[0007]所述步骤I)中图像进行重构过程:确定数值N使得M*N=N3,若M*N的值不等于任何数值的三次方，则取最小的N值，使N3>M*N,然后按矩阵的行(列)顺次依次读取P的元素顺次放至N维零矩阵P1(x,y,z)中，矩阵P1(x,y,z)的大小为N*N*N.
[0008]所述步骤2)中三维Arnold变换变化公式为:
【权利要求】
1.一种三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法，其特征在于，具体包括如下步骤: 1)、选取一幅m*n的灰度图像作为待加密图像，获得其二维矩阵数据P(X,Y)，并对图像进行重构，得到图像的况维矩阵数据; 2)、将处理后的，难矩阵作4次三维Arnold变换得到置乱后的图像信息矩阵； 3)、选取初值μ,c0产生一组Logistic混沌序列(kx1)，其中A > N3 ; 4)、从混沌序列{fal)中随机从某一值开始依次取JV3个元素组成混沌序列{KX2}，并对(fa2)作转换处理，得到处理后的序列； 5)、设一N维零矩阵D ，矩阵D(x,y,z) 的大小为N*N*N，将混沌序列{Kx3}的元素 顺次放入矩阵D 中，然后将D 与置乱后的图像信息矩阵P2(X,Y,Z进行逐位异或运算操作，得到加密后的图像信息矩阵P3(w); 6)、将加密后的图像信息矩阵P3(X,Y,Z)中的元素依次放入二维图像矩阵P4(X,Y)中， 的大小为M1*N1，其中M1*N13 ,再将信息矩阵P4(X,Y)按照图像标准格式保存，得到最终的加密图像； 7)、解密时，先将加密图像变换为N难数据矩阵，并取加密过程中F维混沌序列矩阵D ，然后将D 与矩阵Q1(X,Y,Z)进行逐位异或运算操作，得到图像信息矩阵Q2(X,Y,Z) 8)、将N维矩阵作4次三维Arnold反变换操作，得到矩阵;9)、将n维矩阵Q2(X,Y,Z)中的数据顺次放入的二维矩阵中，并将矩阵按照图像标准格式保存，得到最终的解密图像。
2.根据权利要求1所述三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法，其特征在于，所述步骤I)中图像进行重构过程:确定数值N，使得m*n=N3,若M*N的值不等于任何数值的三次方，则取最小的?值，使况3然后按矩阵的行(列)顺次依次读取P的
元素顺次放至N维零矩阵中，矩阵
3.根据权利要求1所述三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法，其特征在于，所述步骤2)中三维Arnold变换变化公式为:
4.根据权利要求1所述三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法，其特征在于，所述步骤4)中转换处理为办3= mQi(ak(k2)*(Ww),25b)o
5.根据权利要求1所述三维Arnold变换和混沌序列结合的图像加密方法，其特征在于，所述步骤8)中三维Arnold反变换变化公式为:
【文档编号】G06T1/00GK103455971SQ201310397334
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年9月4日 优先权日:2013年9月4日
【发明者】杜翠霞, 张定会, 张宗楠 申请人:上海理工大学