基于chaos混沌的彩色图像加解密系统matlab仿真

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2.算法运行软件版本

matlab2022a

3.算法理论概述

       基于混沌（Chaos）的彩色图像加解密系统是一种新型的图像加密技术，它利用了混沌理论的特性来提供高度安全的图像加密。下面将详细介绍这种系统的原理、数学公式和实现过程。

3.1 混沌理论简介

      混沌理论是研究非线性动力系统中复杂、不可预测行为的科学领域。混沌系统具有初值敏感性、伪随机性和不可预测性等特性，使得混沌信号在图像加密中具有很高的潜力。

3.2 基于混沌的图像加密原理

基于混沌的图像加密系统通常包括以下步骤：

混沌序列生成：利用混沌映射（如Logistic映射、Henon映射等）生成混沌序列。这些序列具有伪随机性和初值敏感性，使得加密过程具有高度安全性。

图像预处理：将彩色图像转换为灰度图像或进行其他预处理操作，以便进行后续的加密操作。

图像置乱：利用混沌序列对图像像素进行置乱，破坏原始图像的结构和视觉信息。常用的置乱算法包括Arnold变换、Fibonacci变换等。

图像扩散：将置乱后的图像与混沌序列进行扩散操作，进一步增强加密效果。常用的扩散算法包括异或操作、模加操作等。

密钥生成与管理：为了保证加密系统的安全性，需要设计合适的密钥生成和管理机制。通常，密钥由混沌映射的初值、参数和控制参数等组成。

解密过程：解密过程是加密过程的逆操作，利用相同的混沌序列和密钥进行逆置乱和逆扩散操作，恢复原始图像。

3.3 数学公式与实现过程

Logistic映射公式：

x(n+1) = μx(n)(1 - x(n))

其中，x(n)是混沌序列的第n个值，μ是控制参数（通常取值为3.9~4.0之间的某个值）。

Arnold变换公式：

[x' y'] = [1 1 1 2] [x y] mod N

其中，[x y]是原始像素坐标，[x' y']是置乱后的像素坐标，N是图像的尺寸。

异或操作公式：

C = P ⊕ K

其中，P是原始像素值，K是混沌序列值，C是加密后的像素值。

模加操作公式：

C = (P + K) mod 256

       其中，P是原始像素值，K是混沌序列值，C是加密后的像素值。通过模256操作，确保加密后的像素值仍在0~255范围内。

4.部分核心程序

image     = imresize(imread('1.bmp'),[128,128]);
%R通道加密
RR        = image(:,:,1);
[m, n, ~] = size(RR); 
SHA1      = func_SHA(RR);
idx1      = func_chaos(size(RR),SHA1);
SHA_RR    = reshape(RR(idx1),size(RR));
Rec_RR    = func_dec(SHA_RR,idx1);
 
%G通道加密
GG        = image(:,:,2);
[m, n, ~] = size(GG); 
SHA2      = func_SHA(GG);
idx2      = func_chaos(size(GG),SHA2);
SHA_GG    = reshape(GG(idx2),size(GG));
Rec_GG    = func_dec(SHA_GG,idx2);
 
%B通道加密
BB        = image(:,:,3);
[m, n, ~] = size(BB); 
SHA3      = func_SHA(BB);
idx3      = func_chaos(size(BB),SHA3);
SHA_BB    = reshape(BB(idx3),size(BB));
Rec_BB    = func_dec(SHA_BB,idx3);
 
SHA(:,:,1)= SHA_RR;
SHA(:,:,2)= SHA_GG;
SHA(:,:,3)= SHA_BB;
Rec(:,:,1)= Rec_RR;
Rec(:,:,2)= Rec_GG;
Rec(:,:,3)= Rec_BB;
 
PSNR1=funcPSNR(RR,Rec_RR);
PSNR2=funcPSNR(GG,Rec_GG);
PSNR3=funcPSNR(BB,Rec_BB);
PSNR=(PSNR1+PSNR2+PSNR3)/3;
 
figure;
subplot(131);
imshow(image,[]);title('原始彩色图');
subplot(132);
imshow(SHA,[]);title('加密图');
subplot(133);
imshow(uint8(Rec));title(['解密图,psnr=',num2str(PSNR),'无损']);