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申请/专利权人：长春理工大学

摘要：基于指数放大器与改进Zigzag变换的加密方法，涉及图像加密技术领域，为解决现有图像加密方法中存在的密钥空间不足，随机性不够的问题，以及不能有效抵抗已知明文攻击和选择明文攻击的安全缺陷与Zigzag只能适用于方阵导致其泛用性不高的问题，本发明由明文的哈希函数作为logistic混沌系统的初始值，再将Logistic迭代出得数值作为指数级混沌系统的初始值与控制参数，得到明文相关的密钥，再使用改进的Zigziag变换进行对明文进行比特级的置乱与扩散，再使用密钥迭代指数级混沌系统，得到伪随机数列。然后使用伪随机对置乱扩散后的图像进行异或，最后使用混沌系统迭代出的值的索引顺序对图像进行索引排序得到最终的密码图，本方法具有更好的鲁棒性。

主权项：1.基于指数放大器与改进Zigzag变换的加密方法，其特征是：设定用户加密解密密钥为：初始图像的哈希值，logistic映射和指数级混沌系统的控制参数与初值，迭代次数；具体由以下步骤实现：步骤一、选择大小为M×N的灰度图像作为原始明文图像Image；步骤二、计算步骤一所述明文图像Image的哈希值K，并对所述哈希值K的每8位一组进行异或运算，获得四个十进制数h1,h2,h3,h4；步骤三、将步骤二生成的h1,h2,h3,h4计算转换为混沌系统的初始值x1f，与控制参数μchao；采用所述初始值x1f与控制参数μchao迭代混沌系统，生成长度为M×N+3的混沌序列Xchao＝x1x2x3……xm×n+2xm×n+3；步骤四、将获得的混沌序列Xchao的前M×N个元素x1,x2,x3……xm×n-1,xm×n的数值按照从小到大的顺序进行排列,获取索引序列index；步骤五、采用步骤三中生成的混沌序列Xchao中的剩余三个元素xm×n+1,xm×n+2,xm×n+3,与步骤二生成的h1,h2,h3,h4，生成指数级混沌系统的参数α，μ与初始值x1，用下式表示为： 其中，a2，b2，c2，为用户输入的控制值；步骤六、将步骤五生成的a,u,x1带入指数级混沌系统,生成M×N的混沌序列Chaos＝px1px2px3……pxm×n-1pxm×n，所述指数级混沌系统如下式表示为： 步骤七、将步骤一所述的原始明文图像Image转换为位级矩阵IM2；步骤八、将步骤七获得的位级矩阵IM2的每个像素按照bit的位数分为8个平面，分别为IM2-8,IM2-7,IM2-6,IM2-5,IM2-4,IM2-3,IM2-2,IM2-1；其中IM2-q1,q1＝1,2,3……8，代表第q1个位数的比特值所构成平面，使用者通过分析自身对安全的需求选中从IM2-8矩阵到第r,个比特值所构成的共8-r个平面；r＝8,7……2,1；步骤九、对选中的矩阵平面进行分块,其中第8位平面不分块,其余被选中的平面分为大小为2x2的块,若包含IM2-G,G＝8,6,4,2,则将IM2-G平面内的数据翻转；步骤十、对选中的矩阵进行改进的ZigZag变换，然后将变换后的比特级矩阵与未被选中的比特级矩阵进行按照比特位的高低重新拼接为比特级矩阵IMm2；改进的ZigZag变换函数Impz方法如下,首先取读取图像Image的行数M与列数N中最大值，生成索引序列indexz＝1,2,3……M2-1,M2，如下式表示为：indexz1＝[1:Max2]式中，[1:Max2]函数为生成从1至Max2的整数序列；对生成的索引indexz1进行Z字变换，获得变换后的索引indexz2，如下式表示为：indexz2＝zigzagindexz1式中,zigzag函数为对数据进行zigzag变换；将索引indexz2小于等于M×N的数据放入索引indexz3中，将索引indexz3重构为M×N的矩阵，用下式表示为：indexz3＝reshapeindexz3,M,N式中，reshape函数是将数据重构为M行N位大小的矩阵，将选中的矩阵按照indexz3进行置乱；步骤十一、将比特级矩阵IMm2由比特级转换为十进制的像素级矩阵IMx2，将所述像素级矩阵IMx2与步骤六中获得的混沌序列Chaos进行异或操作，获得矩阵IMX3；采用步骤四获得的索引index与IMx3进行重新排序，获得数组VetorCipher；将所述数组VetorCipher转换为M×N的矩阵，即为最终加密图像。

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