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专利号: 2015109204579
申请人: 陕西师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-04-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于包括以下步骤:第1步:记待加密图像为A=(ai,j)m×n且ai,j∈{0,1,…,255},设置加密次数t,t>0,初始迭代控制参数k=1,将A的SHA-1值转换为16进制数序列SSHA-1=,然后将SSHA-1首尾相接连成一个环,由用户确定不重复起点G0,G1,G2∈{0,1,2,...,39},将其映射为16进制数序列第2步:将映射为10进制的初始值Xinit,Yinit,Zinit;

第3步:将SSHA-1分割为16进制序列Hi,i=0,1,2,3,4,然后将Hi映射为10进制小数pi并归一化为Pi,从而将[0,1]划分为概率区间[0,P0) ,[P0,P1) ,[P1,P2) ,[P2,P3) ,[P3,P4) ,[P4,1];第4步:由初始值Xinit,Yinit,Zinit按式(7)映射得到的xinit;由预设的初始参数μ∈[3.57,4]和xinit按式(8)产生偏移序列Sx=,并由x0 ,x1 ,x2代入式(9)产生x′init,再由x′init和μ代入式(8)迭代1次产生判断概率值P;xinit=(Xinit+Yinit+Zinit)/3    (7)xi+1=μxi(1-xi)    (8)x′init=(x0+x1+x2)/3    (9);第5步:按式(10)由Xinit,Yinit,Zinit和预设的系统参数r,r≥26,迭代产生3个混沌序列SX=,SY=和SZ=,其中σ=10,b=8/3;

式(10)中,xi依次取自Sx=;第6步:分别将SX,SY,SZ中的前2个元素映射为随机点(r0,v0) ,(r1,v1) ,(r2,v2),其中r0,r1,r2∈{0,1,…,m-1},v0,v1,v2∈{0,1,…,n-1};第7步:利用(r0 ,v0) ,(r1 ,v1) ,(r2 ,v2)从待加密图像为A=(ai ,j) m×n筛选出像素式(23)中,o为量化前的随机数,o′为量化后的随机数;

2.如权利要求1所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于第1步由用户确定不重复起点G0,G1,G2∈{0,1,2,...,39},将其映射为16进制数序列式(11)中为向下取整运算符。5.如权利要求1所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于:第7步将映射为2进制串Bin的具体方法为式(12),式(12)中,fBinary

为10进制转2进制函数,“||”为比特位串连接操作符第7步判断落入概率区间的具体方法为式(13)

式(13)中v为变换参数,由SX中的第2个元素映射得到,L为Bin的长度,式(13)中,f0,f1,f2对应为3组比特位置换事件,f3,f4,f5对应为3组比特位混淆事件,其具体的操作如式(14)~式(19)所示,其中Bin=(b0b1…bL-1)2和Bout=(b′0b′1…b′L-1)2分别为长度为L的输入比特和输出比特流:式(14)中,Btemp为中间操作比特流,Cut( )为截断函数,Inv( )为逆置函数式(15)中,Exchange( )为相邻比特位交换函数f2:|Bout=Sample(Bin,v)    (16)式(16)中,Sample( )为间隔采样函数,即从v开始,f2每间隔v个比特位采样1个比特位,从而将Bin重排为Bout式(18)中,rrot为循环右移函数,上划线表示取反操作

式(19)中,lrot为循环左移函数。6.如权利要求1所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于:第9步利用SY和SZ中的剩余元素作为变换参数的具体方法为按式(20)和式(21)将SY和SZ中的剩余元素Y2和Z2映射为ls,lp∈[0,40),从而将SSHA-1从ls位置起,每间隔lp个样本值进行重采样映射,得到新的SHA-1值SSHA-1;

第11步将Xinit,Yinit,Zinit映射得到的μ″∈[3.57,4]的具体方法为式(22)μ″=0.43×(Xinit+Yinit+Zinit)/3+3.57    (22)。7.与权利要求1相对应的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像解密方法,其特征在于包括以下步骤:第1步:由用户输入密钥r≥26,μ∈[3.57,4],x″∈(0,1),SSHA-1值和用户给定的选择起点G0,G1,G2∈{0,1,…,39}以及加密次数t和加密图像C=(ci,j)m×n,并初始迭代控制参数k,置k=0;第2步:将G0 ,G1 ,G2映射为16进制数序列并将映射为10进制的初始值Xinit,Yinit,Zinit;第3步:按式(7)由初始值Xinit,Yinit,Zinit映射得到xinit,按式(8)由加密参数μ和xinit产生偏移序列Sx>中第3k,3k+1,3k+2个元素x3k,x3k+1,x3k+2,然后按式(25)将x3k,x3k+1,x3k+2的映射值作为x′init,并将x′init以及μ带入式(8)迭代1次生成判断概率值x′k;x′init=(x3k+x3k+1+x3k+2)/3    (25);第4步:按式(10)由Xinit,Yinit,Zinit和用户选定的系统参数r,r≥26,迭代产生混沌序列SX>,SY>,SZ>中第3k,3k+1,3k+2个元素X3k,X3k+1,X3k+2,Y3k,Y3k+1,Y3k+2和Z3k,Z3k+1,Z3k+2,其中σ=10,b=8/3,xi取自Sx>中第3k ,3k+1 ,3k+2个元素;第5步:将Y3k+2和Z3k+2分别映射为ls∈[0,40)和lp∈[0,40),从而将SSHA-1从ls位置起,每间隔lp个样本值进行重采样映射,得到更新后的SSHA-1,置k=k+1;第6步:反复执行第2步~第5步,直到k=t可得到中间密钥集,SS=,其中SS(k-1)代表第k次更新所得到的SSHA-1,SX>=,SY>=和SZ>=以及Sx=,S′x=<x′0 ,x′1 ,x′2,…,x′t-1>;第7步:若k=t,则将SS(k-1)映射为10进制Xinit,Yinit,Zinit,将Xinit,Yinit,Zinit映射为μ″,μ″∈[3.57,4],将μ″和x″带入式(8)中迭代产生m*n个随机数,按式(23)量化后产生与加密图像等大的矩阵S″x=(x″i,j)m×n,x″i,j∈{0,1,…,255},按式(28)进行全局异或解密,将C=(ci,j)m×n全局解密为C′=(c′i,j)m×n;

第8步:将SS(k-1)映射为16进制序列Hi,i=0,1 ,2,3,4,然后将Hi映射为10进制小数pi并归一化为Pi,从而将[0,1]划分为概率区间[0,P0) ,[P0,P1) ,[P1,P2) ,[P2,P3) ,[P3,P4) ,[P4,1];第9步:选取SX>,SY>,SZ>第3k-3和第3k-2个元素,将其映射为随机点(r0,v0) ,(r1 ,v1) ,(r2,v2),其中r0,r1,r2∈{0,1,…,m-1},v0,v1,v2∈{0,1,…,n-1};第10步:利用(r0,v0) ,(r1,v1) ,(r2,v2)从C′=(ci′,j)m×n中筛选出像素将按上述加密方法第7步对应的方式映射为2进制串Bin,将SX>中第3k-1个元

素映射为变换参数v,v∈[0,L-1],L为Bin的长度,按判断概率值x′k-1所属的概率区间执行对应的概率解密事件,将Bin解密为输出比特位串Bout;第11步:将Bout对应的比特位串依次均分成3部分,依次写回待解密图像(r0 ,v0) ,(r1 ,v1) ,(r2,v2)位置,作为解密后的随机像素;第12步:更新k=k-1,反复执行第8步~第11步,直至k=0,将C′=(c′i,j)m×n输出作为解密图像。8.如权利要求7所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像解密方法,其特征在于:第2步由G 0 ,G1 ,G 2映射为16进制数序列的具体方法为式(1) ,将

第5步中由Y3k,Y3k+1,Y3k+2和Z3k,Z3k+1,Z3k+2中的元素作为变换参数将SSHA-1重映射为SSHA-1的具体方法为按式(26)和式(27)将Y3k+2和Z3k+2映射为ls∈[0 ,40)和lp∈[0 ,40),从而将SSHA-1从ls位置起,每间隔lp个样本值进行重采样映射,得到新的SHA-1值SSHA-1将SSHA-1从ls∈[0,40)位置起,每间隔lp∈[0,40)个样本值进行重采样映射,得到新的SHA-1值SSHA-1,其中ls和lp分别进行确定。9.如权利要求7所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像解密方法,其特征在于:第7步将SS(k-1)映射为Xinit,Yinit,Zinit的具体方法为式(2);

第7步将Xinit,Yinit,Zinit映射得到的μ″∈[3.57,4]的具体方法为式(22)μ″=0.43×(Xinit+Yinit+Zinit)/3+3.57    (22)。10.如权利要求7所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像解密方法,其特征在于:第8步将SS(k-1)映射为16进制序列Hi ,i=0 ,1 ,2 ,3 ,4的具体方法为式(4) ,其中s8i ,s8i+1,…,s8i+7是SS(k-1)中的第8i,8i+1,···,8i+7个元素;Hi=,i=0,1,2,3,4    (4)第8步将Hi映射为10进制小数pi的具体方法为式(5);pi=fDecimal(Hi) ,i=0,1,2,3,4    (5)第8步将pi并归一化为Pi的具体方法为式(6);

第9步选取SX>,SY>,SZ>第3k-3和第3k-2个元素,将其映射为随机点(r0 ,v0) ,(r1 ,v1) ,(r2,v2)的具体方法为式(29);第10步将映射为2进制串Bin的具体方法为式(30):第10步按判断概率值x′k-1所属的概率区间执行对应的概率解密事件,将Bin加密为输出比特位串Bout的具体方法为式(31),式(31)中的v由X3k-1量化得到式(31)中,f0′,f1′,…,f5′执行的具体解密操作如式(32)~式(37)所示式(33)中,是Btemp前L-v个元素,是Btemp除前L-v个元素以外,剩余的v个元素

式(34)中,I1 ,I2是索引序列,Index( )用于产生索引序列Index(L)=<0 ,1 ,… ,L-1>,SampleIndex( )为间隔采样函数索引序列生成函数,即从v开始,每间隔v个比特位采样1个比特位所对应的比特位索引位置序列,Map( )为映射函数,执行的操作是将Bin中的比特位由I2中的索引映射到I1中的索引位置;式(36)中,上划线表示取反操作