(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 202111608235.5 (22)申请日 2021.12.27 (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　刘蜜　杨晓唱　 (51)Int.Cl. H04L 9/00(2022.01) G06F 21/60(2013.01) (54)发明名称 基于沙路法则的图像加密方法 (57)摘要 随着网络技术的飞速发展， 网络信息传输安 全问题愈发重要。 为解决图像内容的网络传输和 存储安全问题， 提出了一种基于沙路法则的图像 加密方法。 本方法采用传统置乱 ‑扩散框架。 其 中， 置乱阶段将沙路法则的元素连接方式应用于 改变图像中的像素位置， 建立了主对角线置乱模 型和次对角线置乱模型， 随机选取任一置乱模型 对原始图像进行置乱操作； 扩散阶段对置乱图像 与混沌矩阵进行加法运算， 产生加密图像。 实验 结果和算法分析表明： 该方法可保护图像内容， 加密效果良好， 安全性强且高效。 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 CN 114244492 A 2022.03.25 CN 114244492 A 1.基于沙路法则的图像加密方法， 其特 征在于， 加密过程包括如下步骤： 步骤1： 生成混沌序列： 令原始图像 I1， 其大小为 m×n， 随机选取Logistic映射的初始值 x0与控制参 数u1， 利用公式 （1） 迭代1000+ mn次并抛弃前1000个序列值， 可得一个长度为 mn的 混沌序列 X={xi}，i=1, 2, ..., mn； xi+1=u(1  ‑  xi )×xi，    （1） 其中，xi∈(0, 1)， 控制参数 u∈(3.57, 4]； 步骤2： 混沌序列整数化： 计算， yi=mod (floor (yi×1014), 256)，i=1, 2, ..., mn，    （2） 其中， mod  (·)为取模运算函数， floor (·)为向下取整函数， xi∈X； 可产生一个长度 为mn的整数混沌序列 Y={yi}； 步骤3： 建立置乱模型： 受 《线性代数》 理论中著名的沙路法则的启发， 将沙路法则的元 素连接方式应用于改变图像中的像素位置， 分别沿主对角线连接方式和次对角线连接方式 建立了两个置乱模型： 主对角线置乱模型和次对角线置乱模型； 步骤4： 图像置乱： 从建立的两个沙路置乱模型中随机选择一个， 实现对 I1的置乱， 可得 置乱图像 I2； 步骤5： 图像扩散： 将 Y转换成一个大小为 m×n的混沌矩阵 B， 计算， I3= mod ( B+ I2 , 256),    （3） 其中，I3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3中， 主对角线置乱模型是指： 按 照沙路法则主对角线连接方式改变像素位置的一种模型， 具体为： 在一个大小为 m×n的矩 阵中， 按照沙路法则的矩阵排列模式， 将矩阵的前 m‑1列元素增补到矩阵右侧， 变成一个大 小为m×(n+m‑1)的增补矩阵； 增补矩阵第一行前 n个元素均按照主对角线所在方向依次扫 描m个像素点， 可得 n个长度为 m的向量； 将这 n个向量首尾元素依次相连， 排列在一起转化成 一个长度为 mn的大向量； 将此 大向量转换成一个大小为 m×n的新矩阵， 即为置乱图像。 3.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于： 所述步骤3中， 次对角线置乱模型是指： 按 照沙路法则次对角线连接方式改变像素位置的一种模型， 具体为： 在一个大小为 m×n的矩 阵中， 按照沙路法则的矩阵排列模式， 将矩阵的前 m‑1列元素增补到矩阵右侧， 变成一个大 小为m×(n+m‑1)的增补矩阵； 增补矩阵第一行后 n个元素均按照次对角线所在方向依次扫 描m个像素点， 可得 n个长度为 m的向量； 将这 n个向量首尾元素依次相连， 排列在一起转化成 一个长度为 mn的大向量； 将此 大向量转换成一个大小为 m×n的新矩阵， 即为置乱图像。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114244492 A 2基于沙路法则的图像加密方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种信息加密技 术， 特别是 涉及一种图像加密方法。 背景技术 [0002]如今， 计算机和网络技术的高速发展给人们的生活带来了翻天覆地的变化， 各种 数字信息被广泛地应用、 传播。 其中， 多媒体信息特别是数字图像的应用场景涉及很多领 域。 图像可以承载很多隐私信息， 而军事、 商业等特殊领域的图像信息更是对保密性有很高 的要求。 由于图像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工业界的热点问题。 [0003]数字图像具有直观、 生动、 形象、 信息量大、 像素相关性高和冗余度高等特征。 为保 障图像内容的网络存储和传输安全， 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。 [0004]为保护图像网络传输和存储的安全， 基于沙路法则的元素连接方式， 定义了两种 置乱模型： 主对角线置乱模型和次对角线置乱模型， 提出了一种基于沙路法则的图像加密 方法。 该方法随机 选择两种置乱模型进行置乱操作， 提高了加密方法的效率和安全性。 发明内容 [0005]本发明的目的： 针对现有的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 沙路法则的图像加密方法。 [0006]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沙路法则的图 像加密方法， 令发送方为Al ice， 接收方为Bob； Al ice的加密步骤详述如下： 步骤1： 生成混沌序列： 令原始图像 I1， 其大小为 m×n， 随机选取Lo gistic映射的初 始值x0与控制参 数u1， 利用公式 （1） 迭代1000+ mn次并抛弃前1000个序列值， 可得一个长度为 mn的混沌序列 X={xi}，i=1, 2, ..., mn； xi+1=u(1  ‑  xi )×xi，     （1） 其中，xi∈(0, 1)， 控制参数 u∈(3.57, 4]； 步骤2： 混沌序列整数化： 计算， yi=mod (floor (yi×1014), 256)，i=1, 2, ..., mn，      （2） 其中， mod  (·)为取模运算函数， floor (·)为向下取整函数， xi∈X； 可产生一个 长度为mn的整数混沌序列 Y={yi}； 步骤3： 建立置乱模型： 受 《线性代数》 理论中著名的沙路法则的启发， 将沙路法则 的元素连接方式应用于改变图像中的像素位置， 分别沿主对角线连接方式和次对角线连接 方式建立了 两个置乱模型： 主对角线置乱模型和次对角线置乱模型； 步骤4： 图像置乱： 从建立的两个沙路置乱模型中随机选择一个， 实现对 I1的置乱， 可得置乱图像 I2； 步骤5： 图像扩散： 将 Y转换成一个大小为 m×n的混沌矩阵 B， 计算，说　明　书 1/3 页 3 CN 114244492 A 3