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专利号: 2021103722565
申请人: 华侨大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤S10、获取彩色图像文件,对所述彩色图像文件进行哈希计算得到哈希值作为系统密钥,基于所述哈希值计算系统参数P;

步骤S20、基于所述哈希值生成四维超混沌映射的四个初始值,基于各所述初始值得到四组混沌伪随机序列;

步骤S30、基于所述混沌伪随机序列以及系统参数P提取长度为256的序列Wz,并利用所述序列Wz以及使用AES算法的S盒生成混沌S盒;

步骤S40、对所述彩色图像文件进行Arnold置乱得到置乱图像Is,利用所述混沌S盒对置乱图像Is进行字节代换得到代换图像Isu;

步骤S50、利用所述混沌伪随机序列以及系统参数P,对所述代换图像Isu中RGB的三个分量进行图像扩散加密得到三个密文数据,基于各所述密文数据得到加密图像Ienc;

所述步骤S10具体为:

获取大小为m×n的RGB格式的彩色明文图像文件,利用哈希函数SHA‑256对所述彩色明文图像文件进行哈希计算得到256位的哈希值,将所述哈希值进行32等分并存储为矩阵K,对所述矩阵K求和得到系统参数P:P=sum(K(1:32));

所述步骤S20具体包括:

步骤S21、将所述哈希值均分为8个子哈希值K(1:4)、K(5:8)、K(9:12)、K(13:16)、K(17:

20)、K(21:24)、K(25:28)以及K(29:32);

步骤S22、基于各所述子哈希值计算得到四维超混沌映射的四个初始值x0、y0、z0、w0:x0=sum(K(1:4)/mean(K(5:8)))/4;

y0=(sum(K(9:12))‑max(K(13:16)))/4/256;

z0=max(bitxor(K(17:20),K(21:24)))/256;

w0=mean(bitxor(K(25:28),K(29:32)))/256;

步骤S23、将各所述初始值代入四维超混沌映射进行迭代m×n+10000次,得到四组混沌伪随机序列X={xn}、Y={yn}、Z={zn}、W={wn};

所述步骤S50具体包括:

步骤S51、将所述混沌伪随机序列X={xn}、Y={yn}、Z={zn}分别舍弃前P个迭代数据后,分别取m×n个迭代数据组成序列xz、yz、zz;

步骤S52、将所述序列xz、yz、zz依次向左移8位并其取小数部分值,得到序列xzb、yzb、zzb:

8 8

xzb=10×xz‑round(10×xz);

8 8

yzb=10×yz‑round(10×yz);

8 8

zzb=10×zz‑round(10×zz);

步骤S53、将所述序列xzb、yzb、zzb左移5位对256取模计算,得到用于加密的序列encryptx、encrypty、encryptz:5

encryptx=uint8(mod(floor(10×abs(xzb)),256));

5

encrypty=uint8(mod(floor(10×abs(yzb)),256));

5

encryptz=uint8(mod(floor(10×abs(zzb)),256));

步骤S54、利用所述序列encryptx、encrypty、encryptz分别对代换图像Isu中RGB的三个分量进行加密,得到密文数据encr、encg、encb:其中Isur、Isug、Isub分别表示代换图像Isu中RGB的三个颜色分量;

步骤S55、合并所述密文数据encr、encg、encb得到加密图像Ienc。

2.如权利要求1所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法,其特征在于:所述步骤S20中,所述四维超混沌映射的公式为:其中xn、yn、zn、wn均表示系统状态值;a、b、c、h、k、e均表示映射系数。

3.如权利要求1所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法,其特征在于:所述步骤S30具体包括:步骤S31、将所述混沌伪随机序列W={wn}迭代的前3×P个数据舍弃后,按序提取长度为

256的序列Wz;

步骤S32、将所述序列Wz向左移4位,并对256取模计算,最后进行降序排序,获取排序后的索引序列Wzb;

步骤S33、通过使用AES算法的S盒对所述排序索引序列Wzb进行字节代换后,得到混沌S盒。

4.如权利要求3所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法,其特征在于:所述步骤S30中,所述混沌S盒的计算公式为:其中sort()表示排序函数;sub_bytes()表示字节代换函数;s_box表示生成的混沌S盒;aes_s_box表示AES算法的S盒;'descend'表示使用降序排列。

5.如权利要求1所述的一种基于混沌映射和混沌S盒代换的图像加密方法,其特征在于:所述步骤S40中,所述Arnold置乱的公式为:* * * *

其中a 、b 均表示置乱系数,且a=3,b=5;xn、yn均表示系统状态值;置乱次数N=mod(4×P,64)+50。