基于MATLAB的混沌序列图像加密程序

拼搏现实的明天。 2022-08-28 14:54 206阅读 0赞

**基于MATLAB的混沌序列图像加密程序**

1.  **设计目的**

图像信息生动形象，它已成为人类表达信息的重要手段之一，网络上的图像数据很多是要求发送方和接受都要进行加密通信，信息的安全与保密显得尤为重要，因此我想运用异或运算将数据进行隐藏，连续使用同一数据对图像数据两次异或运算图像的数据不发生改变，利用这一特性对图像信息进行加密保护。

熟练使用matlab运用matlab进行编程，使用matlab语言进行数据的隐藏加密，确保数字图像信息的安全，混沌序列具有容易生成,对初始条件和混沌参数敏感等特点，近年来在图像加密领域得到了广泛的应用。使用必要的算法将信息进行加解密，实现信息的保护。

1.  **设计内容和要求**

使用混沌序列图像加密技术对图像进行处理使加密后的图像

使用matlab将图像信息隐藏，实现信息加密。

**设计思路**

**1.基于混沌的图像置乱加密算法**

本文提出的基于混沌的图像置乱加密算法示意图如图1所示。

![v2-8c627cff8455359a1130dc0f852695e8\_b.jpg][v2-8c627cff8455359a1130dc0f852695e8_b.jpg]

加密算法如下：首先，数字图像B大小为M×N（M是图像B的行像素数，N是图像B的列像素数），将A的第j行连接到j-1行后面（j=2，3，A，M），形成长度为M×N的序列C。其次，用Logistic混沌映射产生一个长度为的混沌序列\{k1，k2，A，kM×N\}，并构造等差序列D：\{1，2，3，A，M×N-1，M×N\}。

再次，将所产生的混沌序列｛k1，k2，A，kM×N\}的M×N个值由小到大排序，形成有序序列｛k1′，k2′，A’，kM×N’\}，确定序列｛k1，k2，A，kM×N\}中的每个ki在有序序列｛k1′，k2′，A’，kM×N’\}中的编号，形成置换地址集合｛t1，t2，A，tM×N\}，其中ti为集合\{1，2，A，M×N\}中的一个；按置换地址集合｛t1，t2，A，tM×N\}对序列C进行置换，将其第i个像素置换至第ti列，i=1，2，A，M×N，得到C’。将等差序列D做相同置换，得到D’。

最后，B’是一个M×N的矩阵，B’(i ,j)=C’((i-1)×M+j)，其中i=1，2，A，M；j=i=1，2，A，N，则B’就是后的图像文件。

解密算法与加密算法相似，不同之处在于第3步中，以序列C’代替随机序列｛k1，k2，A，kM×N\}，即可实现图像的解密。

**2.用MATLAB的实现基于混沌的图像置乱加密算法**

本文借助MATLAB软件平台，使用MATLAB提供的文本编辑器进行编程实现加密功能。根据前面加密的思路，把加密算法的编程分为三个主要模块：首先，构造一个与原图a等高等宽的矩阵b加在图像矩阵a后面形成复合矩阵c：

b=zeros(m1,n1);

ifm1>=n1

ifm1>n1

fore=1:n1

b=(e,e);

end

……

else

fore=1:n1

end

fore=1:(n1-m1)

b((m1+e-1),e)=m1+e-1

end

c=zeros(m1\*2,n1);

c=zeros(m1\*2,1);

c=\[b,a\];

然后，用Logitic映射产生混沌序列：

……

forn=1:n1+100x(n+1)=q\*x(n)\*(1-x(n));

endn=101:1:n1+100;

y(n-100)=x(n);

……

最后，采用冒泡法将产生的混沌序列值由小到大进行排序，并利用同样的换序条理依次对复合矩阵的列和行进行打乱排序：

forf=1:n1-1forh=f:n1ify(f)>y(h)k=y(f);

y(f)=y(h);

y(h)=k;

c1=c(:,f);

c(:,f)=c(:,h);

c(:,h)=c1;

end

……

forh=g:m1

if y(f>y<h)

k=y(f)

y(f)=y(h)

y(h)=k;

d1=d(:,f);

d(:h)=d;

end

……

解密的程序与加密的相反。

**3.基于混沌的图像置乱加密算法效果分析**

利用Logistic混沌序列对图像像素点置乱对图像，其效果要比用Logistic混沌序列直接对图像文件加密好，令x0=0．3001，图2（b）为用Logistic混沌序列直接对图像文件爱你进行加密的图像，图2（c）为用Logistic混沌序列对图像像素点置乱对图像文件进行加密的图像，图2（d）为其的解密图像文件。

**4.设计原理**

运用异或运算将数据进行隐藏，连续使用同一数据对图像数据两次异或运算图像的数据不发生改变，利用这一特性对图像信息进行加密保护。用户输入的密码必须在0~1之间任何一个数据进行加密，并且加密的程序与解密的程序输入的密码必须一致才能正确解密。

![v2-269386240ccff0cbba8b9633d74be345\_b.jpg][v2-269386240ccff0cbba8b9633d74be345_b.jpg]

1.  **源程序**

%该程序针对图像近似系数和高频系数进行加密，以达到加密的效果

clear all;

t0 = clock; %测试程序运行时间

im=imread('tank.jpg');

im1=rgb2gray(im); %图像灰度化

im1=medfilt2(im1,\[3 3\]); %图像平滑处理

figure;

imshow(im1);

title('灰度化处理');

im1=double(im1);

%小波变换，获取图像的低频高频系数

\[ca1,ch1,cv1,cd1\]=dwt2(im1,'bior3.7');

figure(3);

subplot(231);

imshow(ca1,\[\]);

title('图像近似');

subplot(232);

imshow(ch1);

title('低频水平分量');

subplot(233);

imshow(cv1);

title('低频垂直分量');

subplot(234);

imshow(cd1),;

title('高频分量');

%%%%%%以下为混沌加密算法%%%%%%

\[M,N\]=size(ca1);

subplot(235);

imshow(fca1,\[\]);

title('加密');

im2=idwt2(ca1,ch1,cv1,cd1,'bior3.7');

figure(4);

imshow(uint8(im2),\[\]);

title('灰度图像小波重构');

im3=idwt2(fca1,ch1,cv1,cd1,'bior3.7');

figure(5);

imshow(uint8(im3),\[\]);

title('加密图像小波重构');

%%%%%%以下为混沌解密算法%%%%%%

e=hundungen(M,N,0.1);

\[fca1,ch1,cv1,cd1\]=dwt2(im3,'bior3.7');

fca2=(fca1-(1-tt)\*e)/tt;

im4=idwt2(fca2,ch1,cv1,cd1,'bior3.7');

figure(6);

imshow(uint8(im4),\[\]);

title('解密图像小波重构');

%置乱后图像的均值

figure(7);

subplot(221)

subplot(223)

imhist(uint8(im3));

title('加密之后的直方图');

subplot(224)

imhist(uint8(im4));

title('解密之后的直方图');

ssy=sum(sum(im3));

%置乱后图像的均值

uy=ssy/(M\*N);

vy=sum(sum((im3-uy)^2));

ssx=sum(sum(im1));

%原图像的均值

ux=ssx/(M\*N);

vx=sum(sum((im1-ux)^2));

Variancey=vy/uy; %置乱后图像的方差

Variancex=vx/ux; %原图像的方差

%置乱度

DDD=Variancey/Variancex;

etime(clock,t0)

**五.运行结果及分析总结**

**1.运行结果：**

![v2-d10a566661952a5d318013516f7c1b15\_b.jpg][v2-d10a566661952a5d318013516f7c1b15_b.jpg]

![v2-d9023c1e750e0d86f482731982db31f9\_b.jpg][v2-d9023c1e750e0d86f482731982db31f9_b.jpg]

![v2-728223512681ec8d11d587a334e3babb\_b.jpg][v2-728223512681ec8d11d587a334e3babb_b.jpg]

![v2-6d757a151f30202746fb89c170e75476\_b.jpg][v2-6d757a151f30202746fb89c170e75476_b.jpg]

![v2-209519381da195ba61e383ec2d68f54c\_b.jpg][v2-209519381da195ba61e383ec2d68f54c_b.jpg]

![v2-297dea77e7cc27b3f9f691e2c55ad889\_b.jpg][v2-297dea77e7cc27b3f9f691e2c55ad889_b.jpg]

**2.结果分析：**

由程序的运行结果来看，原图被加密后在显示出来，已经无法辨别其内容，实现了图像数据的隐藏，这种混沌序列方法对图像数据的加密是十分有用，实现了信息的保密，在网络传输中能够很好地保护图像数据不被第三方轻易获取其内容，实现数据的隐藏保护。

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