(19)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 202210286157.X (22)申请日 2022.03.22 (71)申请人 安徽理工大 学 地址 232001 安徽省淮南市山 南新区泰丰 大街168号 (72)发明人 代高乐　葛斌　王婷　 (51)Int.Cl. H04L 9/00(2022.01) H04L 9/32(2006.01) H04N 1/44(2006.01) (54)发明名称 基于动态Henon-Iterative映射和分块置乱 的彩色图像加密算法 (57)摘要 本发明涉及一种基于动态 Henon‑Iterative 映射和分块置乱的彩色图像加密算法。 该算法采 用“分块‑置乱‑扩散”的方法对彩色图像加密。 首 先， 采用SHA ‑512对明文图像处理后得到的数据 作为两组混沌映射的初始值； 然后， 利用DHIM映 射产生的一组混沌序列与分块置乱相结合进行 块间‑块内‑块间置乱； 最后， 使用另一组混沌序 列进行两轮正、 反向非序列扩散， 得到密文图像。 仿真实验表明该算法适用于任意大小的彩色图 像， 可有效抵抗常见的统计、 噪声以及差分等攻 击手段， 具有较好的安全性和鲁棒 性。 权利要求书3页 说明书4页 附图2页 CN 114785477 A 2022.07.22 CN 114785477 A 1.本发明的目的是提供一种基于动态Henon ‑Iterative映射和分块置乱的彩色图像加 密算法； 该算法利用SHA ‑512产生与明文相关的混沌初始值与控制参数以达到一次一密的 效果； 对明文图像进行补零操作得到大小为(M ×N)的图像以确保可以拆分为T个大小为(L ×L)像素块， 采用 “块间‑块内‑块间”置乱的方式充分对像素位置进行打乱， 正反两轮扩散 以充分改变 像素值， 提高算法的安全性。 2.根据权利 要求1所述的采用SHA ‑512技术生成混沌初始值和控制参数， 具体操作 步骤 如下： 步骤一： 对明文图像进行SHA ‑512操作， 得到长度为128位的密钥key， 密钥为16进制字 符串。 步骤二： 将密钥转换为512位的二进制字符串， 每64位为一组分为8组密钥值k1、 k2、 k3、 k4、 k5、 k6、 k7、 k8。 步骤三： 令8组密钥值按照公式(1)和公式(2)所示确定本文算法中的初始值和控制参 数{a0,b0,a1,b1,x0,y0,x1,y1}。 3.根据权利要求1所述的一种动态Henon ‑Iterative混沌映射生成混沌序列， 混沌映射 表达式可表示 为： 其中， 控制参数a∈[ ‑0.25,1.5]， b∈[0,0.3]， u∈[3.57,4]， 令b＝0.3， u＝3.99， 动态 Henon‑Iterative映射在[ ‑1,1]间处于满映射状态。 步骤一： 将初始值x0、 y0、 a0和b0代入DHIM映射中迭代(500+max(T,L ×L))次， L为每块的 边长， T为分块的个数。 舍弃前500次迭代结果以达到充分的混沌状态， 得到两组混沌序列 A0、 B0。 步骤二： 保留序列A0的前T个数， 利用公式(4)对A0进行处理得到伪随机序列A1， 用于块 间置乱。 A1＝mod(round(A0)×107,5)    (4) 其中， mod()为模运 算， round()为四舍五入。 步骤三： 运用公式(5)对B0进行处理得到B1， 并将B1重新组合成大小为(L ×L)的矩阵P，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114785477 A 2用于块内置乱。 B1＝mod(round(B0)×107,T)    (5) 其中T为分块的个数。 步骤四： 将初始值x1、 y1、 a1和b1代入DHIM映射中迭代(500+M ×N×3)次， 舍弃前500个数 得到C0、 D0， 再利用公式(6)进一 步处理得到新的混沌序列C1、 D1， 用于 两轮扩散 。 其中abs()为取绝对值。 4.根据权利要求1所述的一种 “块间‑块内‑块间”置乱和正反两轮非序列扩散对图像进 行加密， 具体实施步骤如下： 步骤一： 输入大小为的彩色图像I和块的边长L， 并对明文图像进行补零操作得到大小 为(M×N)的明文图像I ′， 确保分块大小均为(L ×L)， 设定L的大小为64。 步骤二： 将图像I ′拆分为Ir、 Ig、 Ib三个平面并组合成大小为(M ×N×3)的矩阵S， 并进 行矩阵分块， 每一 块的大小为(L ×L)。 步骤三： 块间置乱。 利用混沌序列A0索引排序对矩阵S进行块间排序， 并根据序列A1的 数值对分块矩阵进行旋转翻转， 规则如表1所示： 表1分块旋转翻转 规则 步骤四： 块内置乱。 运用混沌序列B0排序后的索引， 对每一块内的像素进行块内混沌置 乱。 步骤五： 块间置乱。 将混沌序列B1组合成矩阵P， 使每一分块的像素点与P中的元素一一 对应， 并根据P中的矩阵元素数值在每一块中循环移 位， 使像素在 整个矩阵内充分置乱 最终 得到置乱后的矩阵Q。 步骤六： 利用混沌序列C1构造矩阵W， 根据公式(7)对矩阵Q进行第一轮正向非序列扩散 得到矩阵G。 其中W(i,j)为伪随机矩阵的像素值； Q(i,j)为置乱后矩阵的像素值； G(i,j)为 正向扩散后矩阵的像素值。 步骤七： 利用混沌序列D1构造矩阵S， 根据公式(8)对矩阵G进行第二轮反向非序列扩散 得到矩阵E 。 其中S(i,j)为伪随机矩阵的像素值； E(i,j)为反向扩散后矩阵的像素值。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114785477 A 3