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专利号: 2018105022062
申请人: 西安华企众信科技发展有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于离散分数角变换和混沌理论的双图像加密方法,其特征在于,按照以下步骤具体实施:步骤1,将两个大小为N×N的明文图像f1和f2在水平方向上连接,将两个明文图像组合成一个大小为N×2N个像素的放大图像fe;然后基于双耦合Logistic映射对该放大图像fe执行混沌置换过程,Logistic映射是一维非线性混沌函数,表达式为:

f(x)=px(1‑x)  (1)

其中,p是系统参数,并且0≤p≤4,Logistic映射的迭代表达式为:xn+1=pxn(1‑xn)  (2)

其中,xn∈(0,1)是迭代值,x0是初始值,双耦合Logistic映射的迭代表达式为:xn+1=pxn(1‑xn)+ε(yn‑xn)  (3)yn+1=pyn(1‑yn)+ε(xn‑yn)  (4)其中,ε是耦合常数,并且‑2<ε<2;

设置初始参数x0,y0,ε0,p0和一个整数K值,分别通过式(1)、式(2)生成长度为N+K和2N+K的两个随机序列;丢弃前K值,得到两个序列X和Y,即X={c(m)|m=1,2,…,N}和Y={r(n)|n=1,2,…,2N};对序列X和Y按升序或降序排序,得到两个新序列X′和Y′,即X′={c[w(m)]|m=1,2,…,N}和Y′={r[w(n)]|n=1,2,…,2N},符号w表示地址码;

假设f′e是使用新序列X′和Y′的加扰放大图像,如果f′e中的像素的坐标是(m,n),则其强度等于fe中(w(m),w(n))位置处的像素的值;

通过上述步骤,完成混沌加扰过程并获得加扰图像f′e;然后,将加扰图像f′e分解为由f′i(i=1,2)表示的两个新分量;

步骤2,利用两个新分量f′i(i=1,2),制作临时图像fc,首先,利用Logistic映射生成混沌随机相位掩模exp(iΦ1(x)),分量的大小为N×N个像素,给定初始值x1和控制参数p1,通过式(2)生成得到序列X={x1,x2,…,xN×N+K},xi∈(0,1),M×N+K是生成的序列长度,再抛弃前K值来增加序列的随机性和扰动,得到一个新的序列X′={x′1,x′2,…,x′N×N},x′i∈(0,1)并转换为二维矩阵;然后,将矩阵的每个元素乘以2π以形成混沌随机相位掩模exp(iΦ1(x))的相位值;

将分量f′2用最大值1归一化,由归一化后的f′2和混沌随机相位掩模exp(iΦ1)计算调制相位掩模,表达式为:exp(iΦ2(x))=exp(i(Φ1(x)+α(x)))  (5)其中,角度α(x)计算式为:

分量f′1与混沌相位掩模exp(iΦ1)及调制相位掩模exp(iΦ2)相乘得到临时图像fc,临时图像fc的表达式为:fc=(f′1×exp(iΦ1)×exp(iΦ2))  (7)步骤3,对临时图像fc执行具有周期性对(ML,MR)、分数阶对(αL,αR)和矢量对(uL,uR)的二维离散多参数分数阶变换,得到密文和公共相位,具体过程是,具有N个点的一维DMPFAT的表达式为:

其中,周期性参数M是一个正整数,α表示分数阶,β表示角参数;f(x)就是进行变换的原函数,就是临时图像fc,M

向量参数u=(u0,u1,u2,…uM‑1)∈Z是一个随机的M维整数向量;l=0,1,2,…M‑1,权重系数Cl(α,u)的表达式为:基础函数Al(x)的表达式为:

其中的 为DFAT的核矩阵,表达式为:

其中的 和 分别为DFAT的特征向量矩阵和特征值矩阵,上标t表示矩阵转置,DFAT的特征值矩阵表达式为:其中diag[·]表示对角矩阵,系数T是一个正整数;当N=2和N=3时,特征向量矩阵和 的计算式分别为:对于其他情况,通过使用依赖于以下等式的递归过程来计算特征向量矩阵:其中 是通过从向下方向翻转矩阵VN获得,并且V0是1×N的零向量,二维DMPFAT直接被看作是X轴和Y轴上的两个连续的一维DMPFAT,对于具有H×W像素的图像f(x,y),H和W分别是H×W像素的图像大小值;具有周期性对(ML,MR)、分数阶对(αL,αR)和矢量对(uL,uR)的二维DMPFAT的表达式为:其中, 和 分别表示为:

其中,k和l是从0到ML‑1递增,

最终的密文Cfinal和公共相位Φfinal通过下面两个表达式得到:其中,PT和AT分别表示相位截断和振幅截断操作,至此完成双图像加密。

2.根据权利要求1所述的基于离散分数角变换和混沌理论的双图像加密方法,其特征在于:所述的步骤1中,ε0、p0和K被用作控制参数,而初始值x0和y0被用作私钥。

3.根据权利要求1所述的基于离散分数角变换和混沌理论的双图像加密方法,其特征在于:所述的步骤2中,logistic映射的初始值x1被用作私钥。

4.根据权利要求1所述的基于离散分数角变换和混沌理论的双图像加密方法,其特征在于:所述的步骤3中,分数阶对(αL,αR)和矢量对(uL,uR)被用作私钥。