[發明專利]一種圖像加密方法及裝置、密鑰流生成方法及密鑰流生成器

有效

• 申請號: 201610856467.5
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106407824B
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 韋鵬程;李莉;雷列;吳瑩瑩
• 申請（專利權）人: 重慶第二師范學院
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 北京格允知識產權代理有限公司11609
• 代理人: 譚輝,周嬌嬌

技術領域

本發明涉及圖像加密技術領域，尤其涉及一種圖像加密方法、圖像加密裝置、密鑰流生成方法和密鑰流生成器。

背景技術

隨著信息技術和互聯網的不斷發展，信息安全成了信息傳輸過程中應該考慮的首要問題。圖像作為信息傳輸的主要載體，使得圖像加密技術也成了信息安全領域研究的熱點之一。

近年來，人們相繼提出了諸多圖像加密的方法。目前使用最廣泛的一種圖像加密方法是基于像素擾亂的圖像加密方法，即對圖像的行和列進行置亂。然而圖像加密過程中一般會考慮兩點：第一，計算開銷是否在可接受的范圍之內；第二，隨機性是否滿足要求。現有的圖像加密算法在上述兩個方面還有待提高。因此仍有必要開發一種在保障隨機性的同時降低計算開銷的圖像加密方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有圖像加密方法的隨機性和計算開銷有待優化的缺陷，提供一種將圖像置亂與分塊編碼相結合的圖像加密方法和圖像加密裝置，以及相應的密鑰流生成方法和密鑰流生成器。

本發明第一方面，提供了一種圖像加密方法，包括以下步驟：

(1)基于初始值構造耦合映像格子序列，通過對稱矩陣變換將耦合映像格子序列處理成第一密鑰流，通過密碼置換盒對第一密鑰流進行置換得到第二密鑰流；其中，建立基于二維動態映射的耦合映像格子模型，并采用所述耦合映像格子模型基于初始值x₀,y₀構造耦合映像格子序列(x,y)，其中x₀,y₀∈(0,1]；該耦合映像格子模型為：

其中，ε是耦合映像格子的耦合強度，f₁是下帳篷映射函數，f₂是邏輯映射函數；

(2)使用第一密鑰流對原始圖像進行置亂；

(3)使用第二密鑰流對置亂后的圖像進行分塊編碼，得到加密的圖像數據；其中，將置亂后的圖像分列得到第i列的像素值為P_i(j)，i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分別為每行像素和每列像素；將第一列像素值與所述第二密鑰流異或運算后作為第一列密文序列；將第i列像素值與所述第二密鑰流異或運算后，再與前一列密文序列進行異或運算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N。

在根據本發明所述的圖像加密方法中，所述通過對稱矩陣變換將耦合映像格子序列處理成第一密鑰流的步驟包括：

利用對稱矩陣變換將耦合映像格子序列(x,y)的初始區間(0,1)變換到指定區間，輸出(x',y')；

取(x',y')的下限值作為第一密鑰流。

在根據本發明所述的圖像加密方法中，所述通過密碼置換盒對第一密鑰流進行置換得到第二密鑰流的步驟為：

通過以下公式計算第二密鑰流：

其中SBox(c_i,d_i)為在二維表SBox中查找到的下標(c_i,d_i)對應的數值；(c_i,d_i)為第一密鑰流的參數值；x_{1_b},y_{1_b}分別為初始值x₀,y₀的前8位；i＝2,3......,N時，x_{i_b},y_{i_b}分別為前一輸出的密鑰值分別進行比特位的左移運算和右移運算后得到。

在根據本發明所述的圖像加密方法中，所述比特位的左移運算和右移運算中移動的比特數為2～4個比特。

本發明第二方面，提供了一種圖像加密裝置，包括：

密鑰流生成器，用于生成第一密鑰流和第二密鑰流；

圖像置亂單元，用于使用第一密鑰流對原始圖像進行置亂；

分塊編碼單元，用于使用第二密鑰流對置亂后的圖像進行分塊編碼，得到加密的圖像數據；其中，將置亂后的圖像分列得到第i列的像素值為P_i(j)，其中i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分別為每行像素和每列像素；將第一列像素值與所述第二密鑰流異或運算后作為第一列密文序列；將第i列像素值與所述第二密鑰流異或運算后，再與前一列密文序列進行異或運算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N；

其中，所述密鑰流生成器包括：