基于GUI混沌系统图像加密解密

一、课题涉及的知识点

Logistic混沌置乱，先不说有多复杂，其实很简单。
Logistic函数是源于一个人口统计的动力学系统，其系统方程形式如下：
X(k+1) = u * X(k) * [1 - X(k)],（k=0,1,…,n）
先不用管这个方程是怎么得出来的，觉得不舒服的话自己百度去。可以看出这个方程是非线性的，迭代的形式。要使用的话，我们需要知道两个东西：
① 初值：X(0)
② 参数：u

为什么这个方程可以称作混沌呢？它什么时候是一个混沌系统呢？这个也是有条件的：

① 0 < X(0) < 1

② 3.5699456… < u <=4

当满足上述两个条件时，Logistic函数工作于混沌状态。这两个条件是怎么来的请百度，我们这里只说算法和实现。什么是混沌状态：顾名思义就是一种无序的、不可预测的、混乱的、摸不到头、摸不到尾的状态。混沌状态时会出现什么现象，我们以下面的参数为例：

① X(0) = 0.1

② u = 4

当迭代n次后，我们就得到了X(1)、X(2)、…，X(n)这么n个值。那么这就是一个混沌序列，是一维的暂且称作序列A，也就是我们想要得到的序列，在MATLAB中，可以看出X(i)（i=1,2,…,n）的取值是在(0,1)之间的——这是一个很好地特性，就像图像灰度值是在(0,255)之间一样。那么我们把这个一维序列归一化到(0,255)之间得到序列B。
再来看加密过程。对于一幅MN大小的图像（暂且称为Picture），我们需要产生一个同样大小的矩阵来对其进行加密。如此说来，只需要迭代MN次得到序列A，再转成序列B，此时序列B是一维的，将其转化成M*N的二维矩阵（暂且称为Fuck）。因此，用Fuck与Picutre进行异或，便可得到一幅新的图像，称作Rod，如此便完成了一次图像加密，加密后的图像为Rod。

Rod=Picture⊕Fuck（⊕表示异或）

这样我们手中的秘钥是：u，X(0)

此种加密方式称作序列加密，可以看出这种加密方式改变了下像素的灰度（直方图变了），没有改变位置。解密同样道理：Picture = Rod⊕Fuck。

源代码

%打开图像部分

[filename,filepath] = uigetfile({'*.bmp;*.jpg;*.png;*.jpeg;*.tif','文件类型 (*.bmp,*.jpg,*.png,*.jpeg,*.tif)';'*.*', '所有文件(*.*)'},'Pick an image');

file = strcat(filepath,filename);

im = imread(file);

axes(handles.axes1);

imshow(im);

imwrite(im,'snap.bmp');

%调用摄像头部分

obj = videoinput('winvideo',1,'YUY2_1280x720')%1280x720 160x120 176x144 320x240 352x288 640x480

% vidRes = get(obj, 'VideoResolution'，1);

% nBands = get(obj, 'NumberOfBands');

% preview(obj);%getsnapshot(obj);

vidRes = get(obj, 'VideoResolution');

nBands = get(obj, 'NumberOfBands');

hImage = image( zeros(vidRes(2), vidRes(1), nBands),'parent',handles.axes1);

preview(obj, hImage);

frame = getsnapshot(obj);

frame = ycbcr2rgb(frame);

imwrite(frame,'snap.bmp','bmp');

pic = imread('snap.bmp');

axes(handles.axes1);

imshow(pic);

title(date,'color','r');

function edit1_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to edit1 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit1 as text

% str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit1 as a double

% input = str2num(get(hObject,'String'));%这里get后面要注意

% if(isempty(input))

% set(hObject,'String','0')

% end

guidata(hObject,handles)

% --- Executes during object creation, after setting all properties.

function edit1_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to edit1 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles empty - handles not created until after all CreateFcns called

% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.

% See ISPC and COMPUTER.

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

% --- Executes on button press in pushbutton3.

function pushbutton3_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject handle to pushbutton3 (see GCBO)

% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)

a=imread('snap.bmp');

R=a(:,:,1); %取图像的R层像素

G=a(:,:,2); %取图像的G层像素

B=a(:,:,3); %取图像的B层像素

[M1,N1]=size(R);

[M2,N2]=size(G);

[M3,N3]=size(B);

h=0.01; %混沌序列初始化

x=zeros(1,40001);x(1)= str2num(get(handles.edit1,'String'));

y=zeros(1,40001);y(1)=0;

z=zeros(1,40001);z(1)=0;

w=zeros(1,40001);w(1)=0;

v=zeros(1,40001);v(1)=0;

for n=1:40000 %产生混沌序列初始化,欧拉法

x(n+1)=x(n)+h*(3.5*(y(n)-x(n)-(-1.2+0.3*(w(n)*w(n)))*x(n)));

y(n+1)=y(n)+h*(2.1*y(n)-z(n)-0.2*(y(n)-x(n))-0.2*(1.2+7*abs(v(n)))*y(n));

z(n+1)=z(n)+h*(2.1*y(n)-z(n));

w(n+1)=w(n)+h*(x(n));

v(n+1)=v(n)+h*(y(n));

end

for n=1:40000 %对3个序列进行改进

x(n)=x(n)*1000000-round(x(n)*1000000);

y(n)=y(n)*1000000-round(y(n)*1000000);

z(n)=z(n)*1000000-round(z(n)*1000000);

w(n)=w(n)*1000000-round(w(n)*1000000);

v(n)=v(n)*1000000-round(v(n)*1000000);

end

% %对R通道进行加密

for j=1:N1 %用位异或法对像素进行置乱

aa=(uint8((M1*N1*(x(N1+j)+0.5))*ones(M1,1)));

g1(:,j)=bitxor(R(:,j),aa);

h1(:,j)=bitxor(g1(:,j),aa); %对像素置乱进行解密

end

for i=1:M1 %行置乱

t(1:N1)=y(1:N1);

[t1,index1]=sort(t(1:N1));

t1=flipud(t1);

g2(i,:)=g1(i,index1);

h2(i,index1)=g2(i,:);

end

% %对G通道进行加密

for j=1:N2 %用位异或法对像素进行置乱

bb=(uint8((M2*N2*(x(N2+j)+0.5))*ones(M2,1)));

j1(:,j)=bitxor(G(:,j),bb);

k1(:,j)=bitxor(j1(:,j),bb); %对像素置乱进行解密

end

for i=1:M2 %行置乱

t(1:N2)=x(1:N2);

[t2,index2]=sort(t(1:N2));

t2=flipud(t2);

j2(i,:)=j1(i,index2);

k2(i,index2)=j2(i,:);

end

运行图例

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