[發明專利]一種高強度醫學圖像快速加密方法及解密方法

有效

• 申請號: 201410055499.6
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103973936A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 李勁松;周天舒;潘斌
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04L9/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 王江成

技術領域

本發明涉及數字圖像加密領域，尤其是涉及一種安全性高、加解密速度快的高強度醫學圖像快速加密方法及解密方法。

背景技術

數字圖像是目前最流行的多媒體形式之一，在政治、經濟、國防、教育、醫療等方面均有廣泛應用。對于某些特殊領域，如軍事、商業和醫療，數字圖像還有較高的保密要求。為了實現數字圖像加密，多采用傳統加密、空域加密以及壓縮加密三種方式對圖像進行加密操作。傳統加密方式在實際操作中一般先將二維圖像轉換成一維數據，再采用DES、AES等加密算法進行加密?？沼蚣用芊绞讲捎孟袼刂脕y、代換、擴散操作對圖像信息進行二維加密。壓縮加密方式對圖像進行變換域計算，由于變換編碼減少數據冗余、降低相關性和數據量，因此適用于結合壓縮算法對圖像進行加密。

混沌圖像加密方法在計算機精度有限的情況下會導致混沌序列周較短，隨機性不高；同時，在一、二階低維度時容易被相空間重構方法以及選擇明文方法攻擊；高階混沌系統則存在算法復雜、計算量大等特點，導致加密效率的降低。壓縮加密算法由于存在變換編碼精度的問題，會對原圖像造成改變，醫學圖像涉及到患者診斷準確性，在真實度和精確度方面有較高的要求，一般不適用圖像壓縮加密算法。傳統對稱加密方式在密鑰生成和交換上存在安全隱患，而非對稱加密方式在加密效率上不適合應用于容量較大的二進制文件，包括圖片等文件。

中華人民共和國國家知識產權局于2013年08月14日公開了公布號為CN103248854A的專利文獻，名稱是基于均勻置亂和混沌映射的醫學圖像加密方法，具體為：設置密鑰并生成隨機數列，將醫學圖像分為多塊小正方形，醫學圖像進行均勻置亂運算，利用生成的偽隨機數乘以一個像素系數，取整后與原像素異或，對所有像素重復執行前幾個步驟，遍歷醫學圖像匯總所有像素，完成圖像加密。此方案仍然存在運算量大、耗時長、加密效率低等問題。

發明內容

本發明主要是解決現有技術所存在的加密速度、安全性、圖像精度無法兼顧等的技術問題，提供一種密鑰空間大、分布均勻、加密效果好、運算速度快、安全性高、不影響圖像精度的一種高強度醫學圖像快速加密方法及解密方法。

本發明針對上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的：一種高強度醫學圖像快速加密方法，加密流程包括以下步驟：

S001、讀取目標圖像；

S002、對整個圖像進行SHA-256數字摘要運算，得到原始圖像Hash值；

S003、將圖像分解為文件頭部分和文件體部分；

S004、在(2⁶³，2⁶⁴-1]集合中隨機獲取一個數X′；

S005、將文件頭部分、原始圖像Hash值和隨機數X′打包得到關鍵數據；

S006、使用RSA公鑰對關鍵數據進行加密，形成加密文件包；

S007、將文件體部分分為32字節大小的數據塊，如果最后一個數據塊小于32字節，則對最后一個數據塊進行補位使其等于32字節，得到的數據塊總數記為m；

S008、根據公式X_n+1=μX_n(1-X_n)進行遞歸運算，直至生成X_k+m，n為自然數，k為隨機數X′的末尾4位十進制數，μ為變化參數，初始值X₀為密鑰種子，X₀的計算公式為X₀=( X′-2⁶³)/2⁶³；

S009、設定變量i的初始值為1；

S010、將X_k+i作為SHA-256的輸入，輸出32字節的定長字符串作為第i個數據塊的AES動態密鑰，然后進入步驟S011；

S011、利用AES（高級加密標準，Advanced Encryption Standard）動態密鑰對對應的數據塊進行加密，然后進入步驟S012；