基于三维猫脸变换与超混沌系统的分数域图像加密方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维猫脸变换与超混沌系统的分数域图像加密方法，主要解决现有技术置乱程度不高、密钥灵敏性低及鲁棒性差的问题。其实现步骤为：1.对原图进行分解，得到三维矩阵集合；2.对三维矩阵集合中每个元素进行三维猫脸变换，得到置乱后的三维矩阵集合；3.对置乱后的三维矩阵集合进行重构，得到置乱后的图像；4.对置乱后的图像进行分数傅里叶变换，得到变换后的图像；5.利用Clifford超混沌系统生成混沌序列并对其进行处理，得到行和列置乱地址集合；6.利用行和列置乱地址集合对变换后的图像进行二次置乱，得到最终的加密图。本发明专利技术置乱程度高、敏感性强、鲁棒性好，提高了图像传输的安全性，可用于信息安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理
，特别涉及一种图像加密方法，可用于信息安全。
技术介绍
随着网络技术的迅猛发展，大量的图像数据在互联网上进行传输和交流。由于图像信息生动形象，所包含的信息量大，它成为人类传递信息的重要手段。图像信息不仅涉及到个人隐私，有些还涉及到国家安全，因而图像加密越来越受到社会的普遍重视。近年来，运用分数傅里叶变换和混沌对图像进行加密引起了广泛的关注。改变图像像素位置是对图像加密的常用的方法。Arnold变换，俗称“猫脸变换”，是俄国数学家V.J.Arnold在遍历理论的研究中提出的一类裁剪变换。因为猫脸变换的混沌特性，将它引入图像加密和数字水印都有良好的效果。三维猫脸变换有很好的去相关性，由于该变换是三维的，因而在实际应用中有一定的空间复杂性，其比二维猫脸变换有更大的密钥空间，更快的扩散速度。但是，由于三维猫脸变换具有周期性，且参数仅有6个，故用于数据加密时容易受到攻击。混沌现象是非线性动力系统中出现的一种确定的、内在类似随机过程的表现。混沌系统产生的混沌信号具有类似白噪声、结构复杂、难以分析以及对初始条件和控制参数极端敏感等特性。超混沌系统是一种特殊的混沌系统，通常具有两个或两个以上正的Lyapunov指数的混沌系统称为超混沌系统。正的Lyapunov指数越多，系统轨道不稳定的方向越多，系统的随机性越强，其抗破译能力越强。采用Clifford超混沌系统对图像进行加密，其密钥具有很好的敏感性。利用Clifford超混沌系统加密图像只是在图像的空间域上进行变换，若密文部分信息丢失，则解密图像也会随之丢失那部分信息，所以鲁棒性比较差。分数傅里叶变换能够使图像的能量随着变换阶次的不同而不同。当阶次由0趋近于1变化中，图像在时域能量逐渐减小，频域能量逐渐增大，反之亦然。所以分数阶傅里叶变换具有时域和频域联合域的特点。因此，变换域中图像信号的能量的分布是变化的。它随着变换阶次的改变将能量分布到空间域的每个像素上面，从而有力地保证了加密图像的安全性，使加密图像具有较强的抗信号处理和恶意攻击的能力。但是单独使用分数傅里叶变换对图像进行加密的密钥的敏感性并不高，存在着一定的被破译的风险。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于三维猫脸变换与超混沌系统的分数域图像加密方法，以提高图像传输的安全性和密钥的敏感性。本专利技术的技术方案是：首先对待加密图像进行三维猫脸变换，然后对其进行分数傅里叶变换，最后运用Clifford超混沌系统对图像进行置乱，得到加密图像。其实现步骤包括如下：(1)输入一幅M×N的灰度图像F，获得该灰度图像的二维矩阵f(s,t)，并对该二维矩阵进行分解，得到灰度图像的三维矩阵集合Ωn＝{A1,A2,...,An本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三维猫脸变换与超混沌系统的分数域图像加密方法，包括：(1)输入一幅M×N的灰度图像F，获得该灰度图像的二维矩阵f(s,t)，并对该二维矩阵进行分解，得到灰度图像的三维矩阵集合Ωn＝{A1,A2,...,An}，其中An表示三维矩阵集合Ωn中第n个三维矩阵，M≥N；(2)选取三维猫脸变换的变换矩阵参数和迭代次数m，对三维矩阵集合Ωn中每个三维矩阵分别作m次三维猫脸变换，得到置乱后的三维矩阵集合Ω′n＝{A′1,A′2,...,A′n}，再将置乱后的三维矩阵集合Ω′n重构成二维置乱后的图像矩阵f1(s,t)；(3)选取分数傅里叶变换在x、y方向的变换阶数p1、p2，对二维置乱后的图像矩阵f1(s,t)进行二维分数傅里叶变换，得到变换后的图像矩阵(4)分别选取x0、y0、z0作为Clifford超混沌系统的初值，并将该初值代入Clifford超混沌系统方程中进行迭代，得到三个混沌序列{xi}、{yi}、{zi}，i＝0,1,2,...,9999+M；(5)分别将第一个混沌序列{xi}和第二个混沌序列{yi}的前10000个数值去掉，并对其重新进行编号，得到作用于x方向的最终混沌序列和作用于y方向的初始混沌序列{y′i′}，j1＝0,1,2,...,M‑1，i′＝0,1,2,...,M‑1；(6)选取作用于y方向的初始混沌序列{y′i′}的前N个元素并重新命名，得到作用于y方向的最终混沌序列j2＝0,1,2,...,N‑1；(7)把x方向的最终混沌序列和y方向的最终混沌序列按从小到大的顺序进行排序，得到两个有序的新混沌序列和并分别记录x方向的新混沌序列y方向的新混沌序列中的每个元素在x方向的最终混沌序列和y方向的最终混沌序列中的位置编号，得到行置乱地址集合和列置乱地址集合其中表示x方向的新混沌序列中第r1+1个元素在x方向的最终混沌序列中的位置编号，表示y方向的新混沌序列中第r2+1个元素在y方向的最终混沌序列中的位置编号，r1＝0,1,2,...,M‑1，r2＝0,1,2,...,N‑1；(8)将步骤(3)中得到的变换后的图像矩阵的行、列依次按照行置乱地址集合Q和列置乱地址集合P中的元素进行置乱，得到加密后的图像矩阵g(u,v)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于三维猫脸变换与超混沌系统的分数域图像加密方法，包括：(1)输入一幅M×N的灰度图像F，获得该灰度...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏德运，邓斌，王睿岿，李远敏，胡发宝，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61