基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于數(shù)字圖像加密領(lǐng)域，公開了基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，包括如下步驟，S1：利用Hilbert變換對(duì)原始圖像進(jìn)行置亂處理，即置亂圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的位置；S2：利用三維Liu混沌序列對(duì)圖像像素進(jìn)行異或運(yùn)算，即置亂圖像的像素值；至此完成加密。本發(fā)明密鑰空間大，密鑰敏感度高，抗明文攻擊的能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的安全性以及實(shí)用性。
【專利說明】基于Hi Ibert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)字圖像加密領(lǐng)域,具體涉及一種基于Hilbert變換和混沛Liu算法的彩色圖像加密方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是電子商務(wù)的興起，對(duì)信息加密提出了更高的要求，特別是對(duì)圖像、聲音等信息的加密尤為重要。圖像加密技術(shù)不僅關(guān)系到個(gè)人的通信隱私問題，一個(gè)企業(yè)的商業(yè)機(jī)密和企業(yè)的生存問題，而且也關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的安全問題。因此，圖像的安全與保密顯得越來越重要，圖像加密技術(shù)成為當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖像研究的熱點(diǎn)之一。
[0003]現(xiàn)階段，主要的圖像加密方法分為兩類:圖像像素位置置亂和圖像像素值置亂。
[0004]傳統(tǒng)圖像置亂的方法多種多樣，有Arnold變換、Standard映射、Baker變換和魔方變換等。但這些變換要達(dá)到每個(gè)像素點(diǎn)的置亂往往需要很多輪變換。
[0005]混沌系統(tǒng)具有的良好的偽隨機(jī)性、復(fù)雜的非線性和對(duì)初始狀態(tài)及控制參數(shù)的敏感性，使之越來越多的應(yīng)用于圖像加密領(lǐng)域。但是，以往的混沌加密技術(shù)大都基于低維混沌系統(tǒng)，算法安全性較低。而且常見的加密算法密鑰空間不足，抗攻擊能力不強(qiáng)。另外，很多算法的適用范圍有限，無法加密高清、彩色、數(shù)字圖像。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題作出改進(jìn)，即本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，這種方法使用Hilbert變換對(duì)圖像像素位置進(jìn)行置亂，然后結(jié)合三維混沌Liu序列對(duì)圖像像素進(jìn)行置亂，最后完成對(duì)圖像的加密。該加密方法的密鑰空間大，密鑰敏感度高，抗明文攻擊的能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的安全性以及實(shí)用性。
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案:
[0008]一種基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，包括如下步驟:
[0009]S1:利用Hilbert變換對(duì)原始圖像進(jìn)行置亂處理，即置亂圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的位置；
[0010]S2:利用三維Liu混沌序列對(duì)圖像像素進(jìn)行異或運(yùn)算，即置亂圖像的像素值；
[0011]至此完成加密。
[0012]步驟SI的具體過程為:
[0013]Sl-1:選取一幅mXn的彩色圖像作為待加密圖像，分別提取其RGB三分量生成3個(gè)mXn的像素矩陣R、B、G ;
[0014]S1-2:用Hilbert變換對(duì)3個(gè)像素矩陣R、B、G進(jìn)行處理，生成置亂矩陣R1, B1, G1 ；
[0015]S1-3:根據(jù)需要重復(fù)執(zhí)行S1-2若干次，獲得置亂矩陣Rn，Bn, Gn,生成置亂圖像，完成圖像像素位置的置亂。
[0016]S2的具體步驟為:
[0017]S2-1:選取三維Liu混沌系統(tǒng)的初值(X。，y0, Z0)作為加密密鑰，生成3個(gè)mXn長(zhǎng)的混沌序列X，Y，Z ;
[0018]S2-2:獲取置亂圖像的置亂矩陣Rn，Bn, Gn,并將其轉(zhuǎn)換為一維矩陣Rnl，Bnl, Gnl ；
[0019]S2-3:分別把一維矩陣Rnl，Bnl, Gnl分別與混沌序列X，Y，Z進(jìn)行逐位異或運(yùn)算，生成一維置亂矩陣 R’nl，B’ nl，G’nl;
[0020]S2-4:將一維置亂矩陣R’ nl, B’ nl, G’ nl轉(zhuǎn)換為mXn的二維矩陣R’，B’，G’，生成加密圖像，完成圖像的加密。
[0021]所述混沌系統(tǒng)是一個(gè)三維連續(xù)自治系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型描述如下:

【權(quán)利要求】
1.一種基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，其特征在于，包括如下步驟:51:利用Hilbert變換對(duì)原始圖像進(jìn)行置亂處理，即置亂圖像中的每一個(gè)像素點(diǎn)的位置； 52:利用三維Liu混沌序列對(duì)圖像像素進(jìn)行異或運(yùn)算，即置亂圖像的像素值； 至此完成加密。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，其特征在于，步驟SI的具體過程為: Sl-1:選取一幅mXn的彩色圖像作為待加密圖像，分別提取其RGB三分量生成3個(gè)mXn的像素矩陣R、B、G ; S1-2:用Hilbert變換對(duì)3個(gè)像素矩陣R、B、G進(jìn)行處理，生成置亂矩陣R1, B1, G1 ； 51-3:根據(jù)需要重復(fù)執(zhí)行S1-2若干次，獲得置亂矩陣Rn，Bn, Gn,生成置亂圖像，完成圖像像素位置的置亂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于移動(dòng)趨勢(shì)多屬性判決垂直切換方法，其特征在于，S2的具體步驟為: 52-1:選取三維Liu混沌系統(tǒng)的初值(X(l，y0, z0)作為加密密鑰，生成3個(gè)mXn長(zhǎng)的混沌序列X，Y，Z ; S2-2:獲取置亂圖像的置亂矩陣Rn，Bn, Gn,并將其轉(zhuǎn)換為一維矩陣Rnl，Bnl, Gnl ； S2-3:分別把一維矩陣Rnl，Bnl, Gnl分別與混沌序列X，Y，Z進(jìn)行逐位異或運(yùn)算，生成一維置亂矩陣 R’ nl, B’ nl, G’ nl ； S2-4:將一維置亂矩陣R’ nl, B’ nl, G’ nl轉(zhuǎn)換為mXn的二維矩陣R’，B’，G’，生成加密圖像，完成圖像的加密。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，其特征在于: 所述混沌系統(tǒng)是一個(gè)三維連續(xù)自治系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型描述如下: x=a{y-z)
< j,=Ivc-.....kxz
Z=-CZjThx 其中:a, b, k, c, h為系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)a = 10, b = 40, k = I, c = 2.5, h = 4時(shí),系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)； 混沌系統(tǒng)的初值(x0, y0, z0)作為加密密鑰，其中X在區(qū)間[O, 3]上遍歷，y在區(qū)間[O, 3]上遍歷，z在區(qū)間[30，40]上遍； 圖像具體像素點(diǎn)的灰度值變換在O到255之間，混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)值在O到40之間，為擴(kuò)大混沌效果，將所得的每一個(gè)數(shù)列值擴(kuò)大114倍然后對(duì)256取模。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，其特征在于:解密過程為加密過程的逆過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于Hilbert變換和混沌Liu算法的彩色圖像加密方法，其特征在于:解密密鑰與加密密鑰相同。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK104182926SQ201410361278
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月25日
【發(fā)明者】辛忠洋, 姚建國(guó) 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)