(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111366665.0 (22)申请日 2021.11.16 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 朱虹　张智强　谢美意　 (74)专利代理 机构 华中科技大 学专利中心 42201 代理人 胡秋萍 (51)Int.Cl. H04L 9/00(2022.01) H04L 9/40(2022.01) (54)发明名称 基于混沌系统的数字图像加密方法、 解密方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于混沌系统的数字图 像加密方法、 解密方法及系统， 属于混沌图像加 密领域， 加密方法包括： 以一维混沌映射为种子 映射， 引入乘法算子和模算子， 构造强动力混沌 映射， 利用待加密数字图像的哈希 值和加密密钥 初始化强动力混沌映射的控制参数； 对强动力混 沌映射进行多次迭代， 从每次迭代得到的混沌状 态值中提取预设长度的比特构成相应的伪随机 序列， 并利用伪随机序列对待加密数字图像的 图 像像素进行扩散处理； 对强动力混沌映射再次进 行多次迭代， 并将每次迭代得到的混沌状态值转 换为设定区间内的整数值， 直至得到设定数量个 不同的整数值并对扩散处理后的图像像素进行 置乱操作， 以得到最终的加密图像。 对数字图像 进行安全 有效的加密。 权利要求书2页 说明书10页 附图10页 CN 114157408 A 2022.03.08 CN 114157408 A 1.一种基于混沌系统的数字图像加密方法， 其特 征在于， 包括： S1， 将一维混沌 映射作为种子映射， 引 入乘法算子和模算子， 以构造强动力混沌映射， 并利用待加密数字图像的哈希值和随机设置的加密密钥初始化所述强动力混沌映射的控 制参数； S2， 对所述强动力混沌映射进行多次迭代， 迭代次数由所述待加密数字图像的尺寸确 定， 从每次迭代得到的混沌状态值中提取预设长度的比特构成相应的伪随机序列， 并利用 所述伪随机序列对所述待加密数字图像的图像 像素进行扩散处 理； S3， 对所述强动力混沌映射再次进行多次迭代， 并根据预置转换关系将每次迭代得到 的混沌状态值 转换为设定区间内的整数值， 直至得到设定数量个不同的整数值； S4， 利用所述设定数量个不同的整数值对扩散处理后的图像像素进行置乱操作， 以得 到最终的加密图像。 2.如权利要求1所述的基于混沌系统 的数字图像加密方法， 其特征在于， 所述S1中构造 的强动力混沌映射 为： xi+1＝sF(m,xi)mod R 其中， xi为第i‑1次迭代得到的混沌状态值， xi+1为第i次迭代得到的混沌状态值， F( μ, xi)为一维混沌映射， s为第一控制参数， μ为第二控制参数， mod  R为限定混沌状态值介于0 和R之间的模算子， R为预设整数。 3.如权利要求1所述的基于混沌系统 的数字图像加密方法， 其特征在于， 所述S1中初始 化后的控制参数为： s＝(a+h(P) )mod k μ＝(b+h(P) )mod k 其中， s为第一控制参数， μ为第二控制参数， a为第一加密密钥， b为第二加密密钥， k为 第三加密密钥， P为所述待加密数字图像， h( ·)为哈希函数， mod  k为限定控制参数介于0和 k之间的模算子 。 4.如权利要求1所述的基于混沌系统 的数字图像加密方法， 其特征在于， 所述S2中构 成 的伪随机序列为： M[32(i‑1)+1]:32i＝T(bin(xi))1:32 其中， M[32(i‑1)+1]:32i为xi对应的伪随机序列， xi为第i‑1次迭代得到的混沌状态值， i＝ 1, 2,3....H*W/4， H和W分别为所述待加密数字图像的长度和宽度， bin( ·)为将混沌状态值转 换为二进制比特流的函数， T( ·)1:32为提取二进制比特流前32比特的函数。 5.如权利要求4所述的基于混沌系统 的数字图像加密方法， 其特征在于， 所述S2中扩散 处理后的图像 像素为： Pd(j)＝(P(j)+dec(M8(j‑1)+1:8j))mod256 其中， Pd(j)为扩散处理后所述待加密数字图像中第j个图像像 素， P(j)为扩散处理前所 述待加密数字图像中第j个图像像素， dec( ·)为将二进制比特转换为十进制整数的函数， M8(j‑1)+1:8j为各伪随机序列依次组合后的第8(j ‑1)+1到第8j比特， j＝1,2,3....H*W， mod256 为限定图像 像素介于 0和256之间的模算子 。 6.如权利要求1所述的基于混沌系统的数字图像加密方法， 其特征在于， 所述设定区间 为[0， 255]， 所述预置转换关系为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114157408 A 2Ii＝floor(xi×2n) 其中， Ii为xi转换后的整数值， xi为第i‑1次迭代得到的混沌状态值， floor( ·)为输出 不大于给定值的最大整数的函数， n 为像素比特位数。 7.如权利要求1 ‑6任一项所述的基于混沌系统的数字图像加密方法， 其特征在于， 所述 S4中置乱操作为： C(j)＝N[Pd(j)] 其中， C(j)为置乱操作后得到的第j个加密图像像 素， Pd(j)为扩散处理后所述待加密数 字图像中第j个图像像素， j＝1,2,3....H*W， N为所述设定数量个不同的整数值组成的序 列。 8.一种基于混沌系统 的数字图像解密方法， 其特征在于， 用于对如权利要求1 ‑7任一项 所述的基于混沌系统的数字图像加密方法得到的加密图像进行解密， 解密操作为： D(j)＝(i ndex(N,Pd(j))‑dec(M8(j‑1)+1:8j))mod256 其中， D(j)为解密后得到的第j个解密图像像 素， index( ·)为用于输出Pd(j)在N中索引 值的函数， N为设定数量个不同的整数值组成的序列， Pd(j)为扩散处理后待加密数字图像 中第j个图像像素， dec( ·)为将二进制比特转换为十进制整数的函数， M8(j‑1)+1:8j为各伪随 机序列依次组合后的第8(j ‑1)+1到第8j比特， j＝1,2,3....H*W， mod256为限定图像像素介 于0和256之间的模算子 。 9.一种基于混沌系统的数字图像加密系统， 其特 征在于， 包括： 构造及初始化模块， 用于将一维混沌映射作为种子映射， 引入乘法算子和模算子， 以构 造强动力混沌映射， 并利用待加密数字图像的哈希值和随机设置的加密密钥 初始化所述 强 动力混沌映射的控制参数； 迭代及扩散处理模块， 用于对所述强动力混沌映射进行多次迭代， 迭代次数由所述待 加密数字图像的尺寸确定， 从每次迭代得到的混沌状态值中提取预设长度的比特构成相应 的伪随机序列， 并利用所述伪随机序列对所述待加密数字图像的图像 像素进行扩散处 理； 第二迭代模块， 用于对所述强动力混沌映射再次进行多次迭代， 并根据预置转换关系 将每次迭代得到的混沌状态值转换为设定区间内的整 数值， 直至得到 设定数量个不同的整 数值； 置乱加密模块， 用于利用所述设定数量个不同的整数值对扩散处理后的图像像素进行 置乱操作， 以得到最终的加密图像。 10.一种基于混沌系统的数字图像解密系统， 其特 征在于， 包括： 解密模块， 用于对如权利要求1 ‑7任一项所述的基于混沌系统的数字图像加密方法得 到的加密图像进行解密， 解密操作为： D(j)＝(i ndex(N,Pd(j))‑dec(M8(j‑1)+1:8j))mod256 其中， D(j)为解密后得到的第j个解密图像像 素， index( ·)为用于输出Pd(j)在N中索引 值的函数， N为设定数量个不同的整数值组成的序列， Pd(j)为扩散处理后待加密数字图像 中第j个图像像素， dec( ·)为将二进制比特转换为十进制整数的函数， M8(j‑1)+1:8j为各伪随 机序列依次组合后的第8(j ‑1)+1到第8j比特， j＝1,2,3....H*W， mod256为限定图像像素介 于0和256之间的模算子 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114157408 A 3