【图像加密】基于密钥的图像加密算法研究附matlab代码

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🔥 内容介绍

这段这段代码是一个基于 MATLAB GUIDE（图形用户界面开发环境）的图像加密系统界面程序，实现了图像的加载、加密、解密等功能的可视化操作。界面包含多个按钮和坐标轴组件，通过回调函数串联起图像处理的完整流程，下面是详细解析：

核心功能与界面结构

该 GUI（图形用户界面）的核心目标是提供一个直观的操作界面，让用户可以通过点击按钮完成图像加密和解密的全过程。界面主要包含以下组件（通过代码中提到的handles推断）：

• 4 个坐标轴（axes1-axes5）：用于显示原始图像、加密图像、解密图像等中间结果。

• 4 个按钮（pushbutton1-pushbutton4）：分别对应 “加载图像”“加密图像”“解密图像” 和一个额外的解密相关功能（可能是密钥验证或特殊解密模式）。

关键函数与回调逻辑

代码通过gui_mainfcn搭建 GUI 框架，核心逻辑由各个按钮的回调函数实现，流程如下：

1. 初始化函数（ImageEncryptionGui_OpeningFcn）

• 作用：GUI 启动时执行的初始化操作，设置全局变量（Img原始图像、EncImg加密图像、DecImg解密图像）并初始化界面状态（如清空变量、准备坐标轴）。

• 全局变量设计：global Img; global EncImg; global DecImg; 用于在不同回调函数间共享图像数据，避免参数传递的复杂性。

2. 加载图像按钮（pushbutton1_Callback）

• 功能：让用户选择并加载图像，同时生成加密所需的密钥。

• 关键步骤：

◦ uigetfile：弹出文件选择对话框，支持.jpg .png等多种图像格式，用户选择后返回文件名X。

◦ imread(X)：读取选中的图像并存储到全局变量Img中。

◦ axes(handles.axes1); imshow(Img);：在第一个坐标轴中显示原始图像，让用户直观确认加载结果。

◦ 密钥生成：key = keyGen(n*m); a = keyGen(n*m); 调用keyGen函数（未展示）生成与图像像素数量（n*m，n和m为图像尺寸）匹配的密钥key和辅助参数a，为后续加密做准备。

3. 加密图像按钮（pushbutton2_Callback）

• 功能：使用加载的原始图像和生成的密钥进行加密，并显示和保存加密结果。

• 关键步骤：

◦ 调用加密函数：EncImg = imageProcess(Img,key,a); 传入原始图像、密钥key和参数a，得到加密图像EncImg（imageProcess为核心加密函数，未展示具体实现）。

◦ 显示加密结果：axes(handles.axes2); imshow(EncImg); 在第二个坐标轴中显示加密后的图像。

◦ 保存加密图像：imwrite(EncImg,'Encoded.jpg','jpg'); 将加密图像保存为Encoded.jpg，便于后续使用或验证。

4. 解密图像按钮（pushbutton3_Callback）

• 功能：使用相同的密钥对加密图像进行解密，恢复原始图像。

• 关键步骤：

◦ 调用解密函数：DecImg = imageProcessDec(EncImg,key,a); 传入加密图像、密钥key和参数a，得到解密图像DecImg（imageProcessDec为解密函数，与imageProcess对应）。

◦ 显示解密结果：axes(handles.axes3); imshow(DecImg); 在第三个坐标轴中显示解密后的图像，验证解密效果。

◦ 保存解密图像：imwrite(DecImg,'Decode.jpg','jpg'); 保存解密结果。

5. 额外解密功能按钮（pushbutton4_Callback）

• 功能：代码注释中推测为 “密钥验证或特殊解密模式”，具体逻辑通过imageProcessKey函数实现（未展示），可能用于测试密钥的有效性（如用错误密钥解密时的效果）或提供另一种解密算法。

• 显示位置：解密结果在axes5（第五个坐标轴）中显示，与pushbutton3的结果形成对比（如正确解密 vs 错误密钥解密）。

全局变量与数据共享

代码大量使用全局变量（Img EncImg DecImg key a）实现不同回调函数间的数据传递，这是 GUIDE 程序中常见的设计方式，优点是简化参数传递，但需注意变量修改的同步性（通过guidata(hObject, handles); 更新句柄数据，确保变量状态一致）。

未展示的核心函数推测

• keyGen(n)：密钥生成函数，根据图像总像素数n生成随机密钥（可能是伪随机序列或基于密码学算法的密钥），确保密钥长度与图像匹配，满足逐像素或分块加密的需求。

• imageProcess(Img,key,a)：加密核心函数，可能基于置换（像素位置打乱）、替换（像素值按密钥修改）或混沌加密等算法，结合参数a增强加密复杂度。

• imageProcessDec(EncImg,key,a)：解密核心函数，是imageProcess的逆操作，通过密钥key和参数a还原原始图像。

• imageProcessKey(Img,key,a)：可能用于验证密钥的唯一性（如用错误密钥解密原始图像，观察噪声效果），或实现基于密钥的特殊处理（如数字水印验证）。

应用场景与扩展方向

• 应用场景：适用于需要简单图像加密的场景（如个人隐私保护、敏感图像传输），用户无需了解加密算法细节，通过界面即可完成操作。

• 扩展方向：

◦ 增加密钥输入框：允许用户自定义密钥（当前为自动生成），提升灵活性。

◦ 显示加密指标：如加密前后的峰值信噪比（PSNR）、熵值（评估加密随机性），量化加密效果。

◦ 支持批量处理：对多幅图像进行批量加密 / 解密，提升效率。

◦ 增强安全性：采用更可靠的加密算法（如 AES、混沌加密），避免简单密钥导致的安全漏洞。

⛳️ 运行结果

% Computing g^k for our image key encryption

c = mod(double(key),257);

result = zeros(size(c));

for i = 1:length(c)

res = 1;

for j = 1:c(i)

res = mod(res*3,257);

end

result(i) = res;

end

[n m k] = size(ImgInp);

for ind = 1 : m

Fkey(:,ind) = result((1+(ind-1)*n) : (((ind-1)*n)+n));

end

len = n;

bre = m;

for ind = 1 : k

Img = ImgInp(:,:,ind);

for ind1 = 1 : len

for ind2 = 1 : bre

proImage(ind1,ind2) = uint8(mod(Fkey(ind1,ind2),257));

end

end

proImageOuta(:,:,ind) = proImage(:,:,1);

end

return;

📣 部分代码

🔗 参考文献

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