(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 202111474988.1 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221008 江苏省徐州市泉山区中国矿 业大学文昌校区东21号楼1单 元102室 (72)发明人 张晓强　杨晓唱　刘蜜　 (51)Int.Cl. H04L 9/00(2022.01) H04L 9/40(2022.01) (54)发明名称 基于放射形扩散的图像加密方法 (57)摘要 一种基于放射形扩散的图像加密方法， 属于 信息加密领域。 数字图像信息在互联网上传输很 容易， 但在实践中信息泄露也是常见的。 为保障 图像内容在网络中传输的高安全性， 本发明提出 了一种基于放射形扩散的图像加密方法。 该方法 采用置乱 ‑扩散框架。 其中， 置乱阶段用混沌序列 对图像进行像素级置乱； 扩散阶段将图像中每个 像素值的8个比特和整数混沌序列中每个元素的 8个比特进行异或运算， 设计了一种放射形结构 的比特级扩散规则， 包括两位放射扩散、 四位放 射扩散和八位放射扩散， 共三级扩散。 实验结果 和方法分析表明： 该方法有着 很好的统计特性和 加密效果， 有效提高加密方法的安全性。 权利要求书3页 说明书4页 附图4页 CN 114244489 A 2022.03.25 CN 114244489 A 1.基于放 射形扩散的图像加密方法， 其特 征在于， 加密过程包括如下步骤： 步骤1： 生成混沌序列： 令原始灰色图像 I， 其大小为 m×n， 采用二维逻辑正弦耦合映射 （Two‑Dimension al Logistic‑Sine‑Coupling Map， 2D‑LSCM） ， 如公式 （1） 所示， 产 生4个混 沌序列； 具体为： 随机选取初始值 x01和y01， 迭代该映射 m×n次， 可得2个长度为 mn的混沌序 列X1={x1 i}和Y1={y1 i}； 随机选取初始值 x02和y02， 迭代该映射m×n次， 可得2个长度为 mn的混 沌序列X2={x2 i}和Y2={y2 i}； ， （1） 其中，xi∈(0, 1)，yi∈(0, 1)， 控制参数 u=0.9912； 步骤2： 混沌序列排序： 利用公式 （2） 对 X1进行升序排序， [T, S]=sort(X1)，  （2） 其中， sort(·)为排序函数， T为排序后的混沌序列， S为索引序 列； 步骤3： 混沌序列整数化： 计算， z1 i = mod(floor(y1 i×1014), 256)，i=1, 2,  …, mn，  （3）z2 i = mod(floor(x2 i× 1014), 256)，i=1, 2,  …, mn，  （4）z3 i = mod(floor(y2 i×1014), 256)，i=1, 2,  …, mn，   （5） 其中， y1 i∈Y1，x2 i∈X2，y2 i∈Y2， mod(·)为取模运算函数， floor(·)为向下取整 函数， 可 产生3个长度为 mn的整数混沌序列 Z1={z1 i}，Z2={z2 i}和Z3={z3 i}； 步骤4： 混沌序列二值化： 将 Z1, Z2, Z3分别进行二值化处理， 即混沌序列中的每个元素 由十进制转换为8个比特的二进制表示， 可得3个长度为8 mn的比特序列 L1={l1 j}，L2={l2 j}， L3={l3 j}， 其中，j=1, 2,  …, 8mn； 步骤5： 像素级置乱： 将 I转换为1个长度为 mn的像素序列 A； 按照S中元素的顺序改变 A中 的像素位置， 可 得1个长度为 mn的置乱图像序列 P={pi}； 步骤6： 图像序列二值化： 将 P进行二值化处理， 即每个像素值由十进制转换为8个比特 的二进制表示， 可 得1个长度为8 mn的比特序列 Q={qj}； 步骤7： 放射形扩散： 放射形扩散指一种用放射形结构进行的比特级扩散， 具体包括三 级扩散： 第一级利用 Q和L1进行两位放射扩散， 可得1个长度为8 mn的比特序列 R1={r1 j}； 第二 级利用R1和L2进行四位放射扩散， 可得1个长度为8 mn的比特序列 R2={r2 j}； 第三级利用 R2和 L3进行八位 放射扩散， 可 得1个长度为8 mn的比特序列 R3={r3 j}； 步骤8： 生成加密图像： 将 R3进行十进制转换， 即每8个比特转换 成1个十进制数， 可得 1个 大小为m×n的矩阵C， 即为加密图像。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述步骤7中， 两位放射扩散是指将一个像 素值的8个比特和整 数混沌序列元素的8 个比特进 行逐比特异或运算， 并把第1比特和第2比 特的异或结果互换位置， 第3比特和第4比特的异或结果互换位置， 第5比特和第6比特的异 或结果互换位置， 第7比特和第8比特的异或结果互换位置， 如公式 （6） 所示，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114244489 A 2，i=1, 2,  …, mn，  （6） 其中， qj∈Q，l1 j∈L1，r1 j∈R1，j=1, 2,  …, 8mn，⊕为异或运 算。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述步骤7中， 四位放射扩散是指将一个像 素的8个比特和整 数混沌序列元素的8 个比特进 行逐比特异或运算， 并把第1比特和第4比特 的异或结果互换位置， 第2比特和第3比特的异或结果互换位置， 第5比特和第8比特的异或 结果互换位置， 第6比特和第7比特的异或结果互换位置， 如公式 （7） 所示， ，i=1, 2,  …, mn，  （7） 其中， r1 j∈R1，l2 j∈L2，r2 j∈R2，j=1,  2,  …, 8mn。 4.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述步骤7中， 八位放射扩散是指将一个像 素值的8个比特和整 数混沌序列元素的8 个比特进 行逐比特异或运算， 并把第1比特和第8比 特的异或结果互换位置， 第2比特和第7比特的异或结果互换位置， 第3比特和第6比特的异 或结果互换位置， 第4比特和第5比特的异或结果互换位置， 如公式 （8） 所示，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114244489 A 3