本發明公開了一種用于靜止圖像的基于混沌密鑰加密方法，該方法包括進行控制參數、初始條件和其他變量的初始化；執行M×N×b次回路，M和N分別表示明文圖像的寬度和高度，b表示一個像素的字節數；通過使用分段線性混沌映射生成用于接下來的S盒和P盒的參數；用前一個回路生成的密文字節來簡單掩蔽當前的明文字節；執行r輪的前述代換S盒與置P盒。本發明與近來提出的基于混沌密鑰的算法不同，改善了混沌映射的平衡特性；在C++環境下做了實驗，結果表明算法是有效的，在保持加密算法性能的情況下，可以同時保證并大大改善圖像的壓縮比。

技術領域

本發明屬于網絡上圖像的壓縮和加密處理技術領域，尤其涉及一種用于靜止圖像的基于混沌密鑰加密方法。

背景技術

一般來說，數據傳輸尤其是靜止圖像的傳輸必須達到兩個目標，公共通訊網絡所負荷的數據的限量還原以及發送信息的最大安全性(Li等，2009；Hussain等，2015；Lu等，2016)。信息安全性是指數據保密性、數據完整性、數據認證以及數據的不可否認性。數據保密性是這一研究中所感興趣的，在于將數據對所有那些未被授權的人士進行保密。為了達到這兩個目標，有必要采用加密壓縮方法。對于加密方法來說，多尺度變換由于可以兼顧基本結構以及圖像中包含的小細節，顯得很有意思(Yang等，2009；Mao等，2004；Liu等，2015)。最近，基于混沌映射的圖像加密方法因有進行數字多媒體加密的潛力而引起了廣泛關注(Yen等，2000；Li等，2000；Chen等，2004；Gao等，2008；Cheddad等，2010；Wang等，2011；Besharatei等，2013；Mirzaei等，2016)。Yen等(2000)提出了用于圖像加密的基于混沌密鑰的算法(Chaotic-key Based Algorithm，CKBA)。隨后，Li等(2000)指出CKBA的安全性被極度高估，并且CKBA易受幾種類型的攻擊。不僅可攻擊CKBA的唯密文攻擊的復雜性要求遠低于原本聲稱的那樣，而且事實上Li等(2000)描述過的已知/選擇明文攻擊也可攻擊CKBA。如Li等(2000)所述，抵抗唯密文攻擊的安全性可通過密鑰長度的增加而得以增強。所提出的基于混沌的加密方案主要采用混沌映射來生成一個隨機序列以置換明文圖像的像素，以及生成偽隨機位序列以代換這些像素，從而獲得一張加密的圖像(Riaz等，2012；Solak等，2010；Li等，2013)。然而，如此簡單的對策并不能改善對抗已知/選擇明文攻擊的安全性。基于最初CKBA的思想，基于一個一維邏輯映射。這個一維邏輯映射已經被指出不可避免地易受已知/選擇明文攻擊，而且聲稱的可抵抗唯密文攻擊的高安全性其實是其作者高估的結果。而且，邏輯映射會產生不平衡輸出。在統一的系統內，JPEG2000標準能更好地容許不同成像模式(客戶機/服務器、實時傳輸、圖像庫存檔、有限緩沖器和帶寬資源等)，JPEG2000標準被建立來在統一的系統內更好地為帶有不同特征(自然圖像、科學圖像、醫學圖像、遙感圖像、文本圖像與渲染的圖形等)的不同類型的靜止圖像(二值圖像、灰度圖像、彩色圖像與多組分圖像)創建新的圖像編碼系統(Skodras等，2001)。這一編碼系統在不影響率失真譜里其他點的性能且同時集成了許多有趣的功能的情況下，會提供率失真和主觀圖像質量性能均優于現有標準的低比特率運算。如下列出一些該標準的最重要的特點(Christopoulos等，2000)：卓越的低比特率性能，連續色調與二值壓縮，無損與有損壓縮，按像素精度和分辨率漸進傳輸，感興趣區(Region-of-interest，ROI)編碼，開放式架構，對比特錯誤的強健性，受防護的圖像安全性，基于內容的描述，側通道空間信息，隨機碼流訪問和處理。有效而完整的JPEG2000碼流被包含在連續碼流塊中。當圖像被顯示的時候，合格的閱讀器應該忽視掉文件中找到的首個碼流之后的所有碼流。碼塊的內容被組織成一個由標記、標記段和比特流組成的集。許多基于混沌映射的圖像加密算法已經被提出(Wong等，2008；Ye等，2012；Ye等，2013；Diaconu等，2013；Zhu，2012；Kwok等，2007)。CKBA基于一維邏輯映射。而基于混沌映射的圖像加密方法因有進行數字多媒體加密的潛力而受到了廣泛關注。本質上，CKBA是一個值轉換加密程序。M×N大小的圖像I的CKBA加密通過以下步驟實現：選出2個8位機密密鑰k₁和k₂，和一維混沌系統的一個16位機密初始條件X(0)。迭代運行這一混沌系統以生成由16位數組成的一個序列。如果I(x，y)是明文圖像I中的一個8位像素值，且0≤x<M而0≤y<N，那么相應的密文像素由以下規則定義：