基于三维螺旋模型的多图像加密方法

摘要

一种基于三维螺旋模型的多图像加密方法，属于信息加密领域。数字图像信息在互联网中传输容易泄露或被篡改，安全隐患问题日益严重。为保证多幅图像在网络平台下安全、可靠地传输，本发明提出了一种基于三维螺旋模型的多图像加密方法。该方法采用置乱‑扩散框架。其中，置乱阶段将多图像的三维矩阵结构和传统的螺旋变换相结合，建立了一个三维螺旋模型，并利用该模型对k幅原始图像进行置乱操作；扩散阶段对三维置乱图像矩阵进行分块操作，再进行块内和块间扩散，产生k幅加密图像。实验结果和算法分析表明：该方法可同时保护多幅图像内容，加密效果良好，安全性强且高效。

说明书

技术领域

本发明涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种多图像加密方法。

背景技术

如今，大量的数字图像产生于许多领域，如军事、医学、国家安全、教育和个人事务。同时，每时每刻都有海量的数字图像信息在互联网中传输。由于图像中经常包含秘密或私人隐私，在网络中传输容易被攻击者非法攻击，导致这些信息泄露和篡改，面临巨大的威胁。因此，图像加密已成为学术界和实际应用中的热点问题。

数字图像具有直观、生动、形象、信息量大和冗余度高等特征。为保障图像内容的网络存储和传输安全性，人们提出了多种图像加密方法。然而，目前的图像加密方法往往存在加密容量有限、加密效率低或安全性弱等问题。

为保护多图像网络传输和存储的安全，将多图像的三维矩阵结构和传统的螺旋变换相结合，建立一个三维螺旋模型，提出了一种基于三维螺旋模型的多图像加密方法。该方法利用三维螺旋模型进行置乱操作，提高了加密效果的高效性和安全性。

发明内容

本发明的目的：针对现有的多图像加密方法存在加密容量有限、加密效率低或安全性弱等问题，提出一种基于三维螺旋模型的多图像加密方法。

本发明的技术方案：为实现上述发明目的，采用的技术方案为基于三维螺旋模型的多图像加密方法，令发送方为Alice，接收方为Bob；Alice的加密步骤详述如下：

步骤1：图像立体化：令

步骤2：建立三维螺旋模型：将

步骤3：图像立体置乱：利用建立的三维螺旋模型对

步骤4：图像矩阵分块：将

步骤5：生成混沌序列：随机选取二维Henon映射初始值

其中，

步骤6：混沌序列整数化：计算，

其中，mod(·)为取模运算函数，

步骤7：生成混沌块集合：将

步骤8：图像块内扩散：计算，

其中，⊕为异或运算，

步骤9：图像块间扩散：计算，

其中，

进一步地，所述步骤2中，三维螺旋模型是指把一个大小为

在解密过程中，利用相同的混沌序列对

有益效果：本发明针对目前的图像加密方法存在的加密容量有限，加密效率低或安全性弱等问题，提出一种基于三维螺旋模型的多图像加密方法。主要贡献有以下3点：（1）将多图像的三维矩阵结构和传统的螺旋变换相结合，建立了一个三维螺旋模型；（2）基于建立的三维螺旋模型，提出了一种基于三维螺旋模型的多图像加密方法；（3）实验结果和方法分析表明：新方法可同时加密多幅图像，加密效果良好，安全性强且高效，可实现多图像内容的网络传输和存储安全。

附图说明

图1：基于三维螺旋模型的多图像加密流程图；

图2：原始图像集；

图3：5幅大小均为4×4的矩阵三维螺旋模型示意图；

图4：加密图像集。

具体实施方式

下面结合具体附图和实例对本发明的实施方式进行进一步详细说明。

图1是基于三维螺旋模型的多图像加密流程图。

采用的编程软件为Matlab R2018a，任意选取如图2所示的9幅大小不一的灰度图像作为原始图像集。采用提出的基于三维螺旋模型的多图像加密方法，Alice的加密过程详述如下。

步骤1：图像立体化：选取9幅尺寸不同的灰度图像

步骤2：建立三维螺旋模型：将

步骤3：图像立体置乱：利用建立的三维螺旋模型对

步骤4：图像矩阵分块：将

步骤5：生成混沌序列：随机选取二维Henon映射的初始值

步骤6：混沌序列整数化：利用

步骤7：生成混沌块集合：将

步骤8：图像块内扩散：利用序列

步骤9：图像块间扩散：利用序列

在解密过程中，利用相同的混沌序列，对加密图像集进行解密操作，可得原始图像集，同图2所示。Bob的解密过程是Alice加密的逆过程。