一种基于Matlab的混沌映射和特征提取的图像加密系统

技术领域

本发明涉及图像加密领域，具体是一种基于Matlab的混沌映射和特征提取的图像加密系统。

背景技术

在传统图像加密领域中，经常使用AES和DES加密手段来对图像进行加密。而该技术往往需要S-box和64轮迭代运算，该技术对文本信息有较好的加密效果，但是由于彩色图像具有更大的数据量和更多的像素信息，使用传统方法不仅费时，而且很难达到预期的加密要求。因此我们提出一种基于混沌映射的图像加密系统，混沌系统在确定系统的参数和初始值之后，可以产生大量的随机序列，该序列具有极高的敏感性和随机性，可以用在图像加密领域。其次，混沌序列的生成不会占用很多的资源，因此该系统适用于对网络传输的大量图像进行加密，达到其在通信信道上安全传输的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于Matlab的混沌映射和特征提取的图像加密系统。旨在解决图像加密的加密时间长、加密效果不理想的问题。该发明基于混沌映射产生的混沌序列对彩色图像进行加密，因此该加密系统具有加密时间短、加密效果好等优点。

本发明实现发明目的采用如下技术方案：

一种基于Matlab的混沌映射和特征提取的图像加密系统。该系统首先会针对被加密的彩色明文图像进行预处理，其具体包括RGB图像的各部分的通道提取、各个通道的分解以及明文图像的扩散操作，使得针对比特平面的加密会有更好的安全性。接着根据SHA-256获得明文图像的摘要，根据哈希值和给定的参数相结合，可以计算出混沌映射系统的参数与初始值，之后根据参数与初始值来进行迭代运算，得到随机序列。根据获得的随机序列对图像进行加密操作，得到最终的密文图像。最后通过Visual Basic编写GUI界面、输出.exe文件。

作为优选，本发明提供了一种图像预处理模块，可以对RGB的图像进行提取和分解，得到相应的位平面，之后再对位平面进行置换操作。经过处理之后的明文图像，其像素之间的相关性会更强，即当前像素值的改变可以影响到多个像素，在加密过程中，可以有很好的密文特征；

作为优选，本发明提供了流密钥产生模块，可以根据明文图像的摘要内容以及给定的参数，进行结合和相应的运算，先产生混沌系统的参数和初始值。根据该参数和初始值，作为混沌系统的输入，得到混沌随机序列，并使用该序列来对明文图像进行加加密。使用该发明，所得到的加密序列可以与明文图像有很好的相关性，不同的图像可以有不同的密钥，克服了传统加密模式的缺点；

作为优选，本发明提供了明文图像加密模块，根据所确定的混沌随机序列，与经过预处理的明文图像进行异或操作，得到初步的密文图像。之后将该密文图像进行扩散操作，即当前像素由多个像素部分确定，这样一个像素值的改变可以影响到其他的像素值，具有更高的安全性；

作为优选，本发明提供了解密模块。根据给定正确的参数，可以得到加密的混沌序列，将该序列与密文图像进行异或操作，可以得到正确的明文图像；

本发明与现有加密方案相比，其有益效果体现在：加密时间短、密钥与明文图像有很强的相关性、实现一次一密、成本低、加密效果好。

附图说明

图1是一种基于Matlab的混沌映射和特征提取的图像加密系统的流程图。

图2是对明文图像进行比特平面的分解。

图3是基于该系统的加密与解密的图像。

具体实施方式

以下通过具体实例对本发明做进一步解释说明。

(1)该实验数据来自Baboon图像，首先对Baboon图像进行预处理，将其R、G、B各个通道进行提取，之后对每一个通道进行比特平面的分解，如图2所示。之后根据混沌系统，对其的位置进行变换，得到24个变换之后的比特平面。

(2)根据明文图像所获得的哈希值，将256比特的哈希值分为32组，每一组8比特，并结合给定的初值，将哈希值与给定的初值进行运算，得到最终的参数和初始值。将得到的参数和初始值带入混沌系统之中，进行迭代运算，得到多组混沌序列.

(3)将得到的混沌序列与24个比特平面进行异或操作，得到24个加密之后的比特平面。

(4)对24个加密的比特平面进行扩散操作。按照一定的顺序，使当前的像素值由密钥序列、前一个像素值和其他像素部分来确定。即一个像素值的改变可以影响到全图的各个像素值。

(5)将处理过的各部分加密的比特平面进行合并，得到最终的完整的密文图像。

(6)在解密阶段，先将密文图像进行分解，进行扩散操作的逆过程，得到密文图像的比特平面。根据正确的加密序列，对其进行异或操作，得到解密图像，再将各部分进行结合，得到最终的明文图像。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。