基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法，首先对图像进行多次Arnold置乱变换，再利用Henon混沌序列对其进行二次置乱，然后利用Henon混沌序列与图像进行逐位异或运算来改变图像的像素值。采用了两种技术对图像进行两次像素位置置乱，比起单一的置乱技术来说，其置乱度更高，而后采用的混沌序列来改变像素值，使加密图像完全隐藏与明文有关联的任何信息，具有安全性好，抗攻击能力强等优点。
【专利说明】基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种信息加密技术，特别涉及一种基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法。
【背景技术】
[0002]随着多媒体技术的不断发展，数字图像克服了以往因数据量大而带来的存储及传输问题，它正在成为一种主流的信息表达方式。可在网络通讯给我们带来各种便利和利益的同时，各种安全隐患也随之而来，不断发生的黑客事件以及网上盗版，让人们对网络通讯的安全性感到担忧，严重制约着互联网应用的进一步发展。不仅如此，有些信息还涉及到国家安全方面，如军用设施图纸、军用卫星所拍摄的图片、新型武器图等。因而图像数据的保护越来越受到社会的普遍重视。
[0003]对图像数据进行保护有两种措施可以采取，一种是可以通过在数字图像中嵌入数字水印信息来实现数字图像的版权保护。另外一种就是是图像加密技术。近年来，关于对图像进行加密，通常是对图像像素位置和像素值进行改变，Arnold变换是置乱技术中常用的一种变换，它是由俄国数学家V.J.Arnold提出的一种变换，因为其计算相对简单，容易实现，经常被应用于图像的加密中。
[0004]但有时单一的改变像素位置的方法，并不能使图像的置乱度达到较理想的状态。混沌系统由于其良好的随机性特征、对初值的敏感性、遍历性和生成序列的伪随机性等特性，近年来被学者们在图像加密领域广泛地研究。Henon混沌系统是一个二维动力系统，其吸引子是由法国天文学家M.Henon发现，之后通过Henon混沌系统产生的序列经常作为加密序列被应用。
【发明内容】
[0005]本发明是针对现时代对信息安全性要求越来越高的问题，提出了一种基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法，采用了两种技术对图像进行两次像素位置置乱，对图像的置乱度更高，加密效果好，不易被破解。
[0006]本发明的技术方案为:一种基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法，具体包括如下步骤:
1)、选取的灰度图像β作为原始图像，并获得图像像素值矩阵；
2)、将矩阵进行37次Arnold变换后处理得到一次置乱后的图像矩阵；
3)、选取化、Λ作为Henon系统的初值，并将初值代入Henon系统方程迭代~次得到两
组加密混沌序列岛W，其中&取值大于的平方值；
H4)、在混沌序列中随机从某一元素开始，分别依次取m个元素，组成序列
{Χ1χ)、{k1y}，并将这两个序列顺次排序生成一行％列的矩阵cm、行一列的矩阵d，再生成
两个w xm的零矩阵CL Dl ；
5)、将矩阵C、D按由小到大的顺序排列，并获得排列矩阵xb,假设矩阵2中的第?列数字为入那么就将矩阵Cl的第?行第J列的元素置为1，同理，假设矩阵5中的第i行数字为J，那么就将矩阵Z31的第J行第?列的元素置为1，以此类推，原来的零矩阵CL Dl经过如此变换变为矩阵C2、D2,再对一次置乱图像矩阵G1M作运算:C2x0x￡)2= β2 ,即得到
二次置乱后的图像矩阵β2(Μ.}；
6)、在混沌序列{HM.}中分别选取个元素组成序列(,将序列
mxmI A.zxj.{K ly)
{K2xHK2y)做转换处理，得到混沌序列(尤2；?,{k2y)；
7)、将加密混沌序列『Ζ2；?、{k2y)的元素依次读取生成的加密矩阵，D，并与
mxmAs B
二次置乱图像矩阵G'2(!y))中的元素进行逐位异或操作，获得最终加密图像矩阵;
8)、将加密图像矩阵β3_按照图像标准格式保存，得到最终的加密图像；
9)、解密算法就是加密算法的逆运算，选取加密过程中使用的加密矩阵5依次与加密图像矩阵β3(?>进行逐位异或操作，获得加密过程中的二次置乱图像矩阵β2(; ；
10)、求得矩阵_的逆矩阵C2、_D2',对％ 反置乱操作w no> s，即Cl' Dl C2 X51X￡)2 = B
得到加密过程中一次置乱图像矩阵0丨；
11)、将矩阵37次Arnold反变换，得到图像矩阵，从而得到解密图像。
[0007]所述步骤2)中的Arnold变换为:
【权利要求】
1.一种基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法，其特征在于，具体包括如下步骤:1)、选取wxm的灰度图像β作为原始图像，并获得图像像素值矩阵朵-；2)、将矩阵岛_进行37次Arnold变换后处理得到一次置乱后的图像矩阵;3)、选取巧、凡作为Henon系统的初值，并将初值代入Henon系统方程迭代-次得到两组加密混沌序列{-)、{綠},其中&取值大于的平方值；h 14)、在混沌序列中随机从某一元素开始，分别依次取-个元素，组成序列(KhUiny),并将这两个序列顺次排序生成一行M列的矩阵-行一列的矩阵?，再生成两个w Xm的零矩阵CL Dl ；5)、将矩阵匕Ζ)按由小到大的顺序排列，并获得排列矩阵3、h，假设矩阵中的第;列数字为J，那么就将矩阵Cl的第2行第f列的元素置为I,同理，假设矩阵?)中的第2行数字为-，那么就将矩阵￡)1的第J行第I列的元素置为1，以此类推，原来的零矩阵CL Dl经过如此变换变为矩阵(72、D2,再对一次置乱图像矩阵作运算:C2x0xD2=g2,即得到二次置乱后的图像矩阵0 6)、在混沌序列{—}、{—}中分别选取个元素组成序列f rr9 ,,将序列m Xm{ΚΔχμχκ(K2xUK2v)做转换处理，得到混沌序列{尤2χ‘Μ[2>0 ；7)、将加密混沌序列{￡2；0、{尤2/}的元素依次读取生成的加密矩阵Λ ，并与mxmA、B二次置乱图像矩阵β2(3ν}中的元素进行逐位异或操作，获得最终加密图像矩阵β3(?- ；8)、将加密图像矩阵β 3_按照图像标准格式保存，得到最终的加密图像；9)、解密算法就是加密算法的逆运算，选取加密过程中使用的加密矩阵B依次与加密图像矩阵β3(?，进行逐位异或操作，获得加密过程中的二次置乱图像矩阵;10)、求得矩阵mm的逆矩阵C2、'Z52',对m 反置乱操作:no, D，即Cl' Dl Cl X Β?χ DZ = B得到加密过程中一次置乱图像矩阵0_?丨；11)、将矩阵0丨_作37次Arnold反变换，得到图像矩阵β(_，从而得到解密图像。
2.根据权利要求1所述基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法，其特征在于，所述步骤2)中的Arnold变换为:
3.根据权利要求1所述基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法，其特征在于，所述步骤6)中转换处理为:
4.根据权利要求1所述基于Arnold变换和Henon混沌系统的图像加密方法，其特征在于，所述步骤6)中逐位异或操作为:
【文档编号】H04N1/32GK103442157SQ201310397130
【公开日】2013年12月11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