(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 202210364926.3 (22)申请日 2022.04.07 (71)申请人 安徽理工大 学 地址 232000 安徽省淮南市山 南新区泰丰 大街168号 (72)发明人 王婷　葛斌　代高乐　 (51)Int.Cl. H04L 9/00(2022.01) H04L 9/32(2006.01) H04N 1/44(2006.01) (54)发明名称 基于级联调制混沌系统和分块置乱-扩散的 多图像加密算法 (57)摘要 本发明涉及一种级联调制混沌系统和分块 置乱‑扩散的多图像加密算法。 该算法提出一种 级 联 调 制 混 沌 系 统 ( C a s c a d e   modulationchaotic  system CMCS)， 与原映射相 比CMCS具有更大的混沌范围。 同时， 利用CMCS提 出一种分块置乱 ‑扩散的多图像加密算法。 首先， 对三张灰度图像进行SHA ‑512操作产生CMCS的初 始值， 并将初 始值代入由CMCS产生的H enon‑Sine 级联映射(Henon ‑Sine cascade mapHSCM)中， 对 灰度图像进行元素添加操作使三张图像尺寸相 同， 达到一次一密的效果。 然后对图像进行分块 操作以节省加密时间， 并利用CMCS产生的H enon‑ Iterative级联映射(Henon ‑Iterative  cascade  mapHICM)进行块的跨平面置乱以及翻转旋转和 块间置乱。 最后， 将置乱后的图像转换为二进制 矩阵， 根据二进制矩阵的特点将其划分为4部分， 每部分采用相应的扩散算法， 以此提高加密算法的安全性。 实验结果和安全性分析表明， 该算法 不仅具有足够大的密钥空间， 而且能够抵抗各种 常见的攻击 。 权利要求书4页 说明书5页 附图2页 CN 114928434 A 2022.08.19 CN 114928434 A 1.一种基于级联调制混沌系统和分块置乱 ‑扩散的多图像加密算法， 其特征在于： 加密 过程如下： 步骤1:通过SHA ‑512算法， 得到三组512位摘要值， 对三组摘要值进行异或操作获取 图 像加密算法的密钥值。 步骤2:密钥值作 为级联调制混沌系统(CMCS)的初始值， 产生加密算法过程中所需要的 混沌随机序列。 步骤3： 对三张灰色图像分块， 块与块之间跨平面交换， 使用混沌随机序列进行加密算 法过程中的置乱 ‑扩散阶段， 完成图像加密。 2.根据权利要求1所述的采用SHA ‑512算法生成混沌序列初始值， 其特征在于： 具体操 作步骤如下： 步骤1： 对三张图像分别进行SHA ‑512操作， 通过SHA ‑512生成三组512位的摘要值， 设第 一组摘要值为k1， 第二组摘要值为k2， 第三组摘要值为k3， 初始值密钥k＝{x0,y0,r,b,w1,w2, w3,w4}由式(1)可 得。 根据式(2)获取C MCS的初始值x0和y0， 控制参数r和b， wi为干扰参数。 步骤2： 根据式(3)获取混沌序列的初始值， 其中i的取值为1 ‑4， sum1为第一张灰度图像 的像素值总和， sum2为第二张灰度图像的像素值总和， sum3为第三张灰度图像的像素值总 和， sum为 三张灰度图像的像素值总和， mod()为模运 算。 3.根据权利要求1所述的一种级联调制混沌系统(C MCS)， 其特 征在于： 具体步骤如下： 步骤1： 首先通过线性函数 f(x)对混沌映射G(x)进行调制， 然后将调制的结果作 为混沌 映射F(x)的输入,获取CMCS， 如式(4)， 进一步 改善了混沌系统的动力学特性。 同时， 使用级 联的方法使混沌映射相互影响， 使 得所产生的混沌序列更复杂、 随机性更强， 提高了加密算 法的安全性。权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114928434 A 2步骤2： 根据式(4)， F(x)选取二维Henon映射， G(x)选取一维Logistic映射， 利用f(x)＝ x+b对Logistic映射进行适当的缩放处理， 然后采用级联的方法得到Logistic ‑Henon cascade map(LH CM)， 如式(5)所示： 步骤3： 根据CMCS， 首先F(x)选取一维Sine映射， G(x)选取二维Henon映射， 令f(x)＝x。 然后， 利用x调制Henon， 并将调制的结果与Sine映射进行级联； 最终， 将Sine映射由一维扩 展到二维， 使输出相互 交织， 得到 Henon‑Sine cascade map(HSC M)， 如式(6)所示： 步骤4： 根据CMCS， F(x)选取一维Iterative映射， G(x)选取二维Henon映射， 令f(x)＝x, 得到Henon‑Iterative cascade map(HIC M)， 如式(7)所示： 4.根据权利要求1所述的一种分块置乱 ‑扩散的加密算法， 其特 征在于： 具体步骤如下： 步骤1:扫描三张灰度图像生成矩阵P1、 P2、 P3,Mi和Ni对应图像矩阵的行和列。 若图像尺 寸不同， 令Mmax＝max(Mi)， Nmax＝max(Ni)， max()表示取最大值。 步骤2:利用SHA ‑512对三张灰度图像分别进行处理生成三组128位16进制的摘 要值， 并 将摘要值转换成三组512位二进制数， 通过异或操作获取密钥k， 并采用mod运算获取CMCS初 始值。 步骤3:利用CMSC随机生成三组混沌映射Logistic ‑Henon cascade map(LHCM)、 Henon ‑ Sine cascade map(HSC M)和Henon‑Iterative cascade map(HIC M)。 步骤4:若图像尺寸不同， 将初始状态 r1,b1代入LHCM中进行迭代， 然后在尺寸小的 图像四周添加LHCM产生的混沌序， 使三张灰度图像的尺寸大小均为Mmax×Nmax， 最后对添加 元素后的矩阵进行分块操作,块的大小为L1×L2， T表示块的个数可由式(8)所得， 其中L1可 被Mmax整除， L2可被Nmax整除。 T＝(Mmax/L1)×(Nmax/L2) (8) 步骤5:将初始状态 代入HSCM 中迭代(500+T)次。 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A1、 A2。 利用公式(9)对混沌序列A1、 A2进行处理得到伪 随机序列 权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114928434 A 3