一种图像加密方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种图像加密方法、图像加密装置、密钥流生成方法和密钥流生成器，其中图像加密方法包括以下步骤：基于初始值构造耦合映像格子序列，通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流，通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流；使用第一密钥流对原始图像进行置乱；使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据。本发明专利技术将置乱操作和分块编码的加密方法相结合，在提高了加密安全性的同时很好地降低了加密操作的计算复杂度，并且在置乱和分块编码中用到的是不同的密钥流，相对于使用单一的密钥流而言，加密的安全性更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像加密
，尤其涉及一种图像加密方法、图像加密装置、密钥流生成方法和密钥流生成器。
技术介绍
随着信息技术和互联网的不断发展，信息安全成了信息传输过程中应该考虑的首要问题。图像作为信息传输的主要载体，使得图像加密技术也成了信息安全领域研究的热点之一。近年来，人们相继提出了诸多图像加密的方法。目前使用最广泛的一种图像加密方法是基于像素扰乱的图像加密方法，即对图像的行和列进行置乱。然而图像加密过程中一般会考虑两点：第一，计算开销是否在可接受的范围之内；第二，随机性是否满足要求。现有的图像加密算法在上述两个方面还有待提高。因此仍有必要开发一种在保障随机性的同时降低计算开销的图像加密方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有图像加密方法的随机性和计算开销有待优化的缺陷，提供一种将图像置乱与分块编码相结合的图像加密方法和图像加密装置，以及相应的密钥流生成方法和密钥流生成器。本专利技术第一方面，提供了一种图像加密方法，包括以下步骤：(1)基于初始值构造耦合映像格子序列，通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流，通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流；其中，建立基于二维动态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构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x0,y0∈(0,1]；该耦合映像格子模型为：其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f1是下帐篷映射函数，f2是逻辑映射函数；(2)使用第一密钥流对原始图像进行置乱；(3)使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据；其中，将置乱后的图像分列得到第i列的像素值为Pi(j)，i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分别为每行像素和每列像素；将第一列像素值与所述第二密钥流异或运算后作为第一列密文序列；将第i列像素值与所述第二密钥流异或运算后，再与前一列密文序列进行异或运算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N。在根据本专利技术所述的图像加密方法中，所述通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流的步骤包括：利用对称矩阵变换将耦合映像格子序列(x,y)的初始区间(0,1)变换到指定区间，输出(x',y')；取(x',y')的下限值作为第一密钥流。在根据本专利技术所述的图像加密方法中，所述通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流的步骤为：通过以下公式计算第二密钥流：其中SBox(ci,di)为在二维表SBox中查找到的下标(ci,di)对应的数值；(ci,di)为第一密钥流的参数值；x1_b,y1_b分别为初始值x0,y0的前8位；i＝2,3......,N时，xi_b,yi_b分别为前一输出的密钥值分别进行比特位的左移运算和右移运算后得到。在根据本专利技术所述的图像加密方法中，所述比特位的左移运算和右移运算中移动的比特数为2～4个比特。本专利技术第二方面，提供了一种图像加密装置，包括：密钥流生成器，用于生成第一密钥流和第二密钥流；图像置乱单元，用于使用第一密钥流对原始图像进行置乱；分块编码单元，用于使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据；其中，将置乱后的图像分列得到第i列的像素值为Pi(j)，其中i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分别为每行像素和每列像素；将第一列像素值与所述第二密钥流异或运算后作为第一列密文序列；将第i列像素值与所述第二密钥流异或运算后，再与前一列密文序列进行异或运算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N；其中，所述密钥流生成器包括：序列生成单元，用于基于初始值构造耦合映像格子序列；该序列生成单元建立基于二维动态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构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x0,y0∈(0,1]；所述耦合映像格子模型为：其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f1是下帐篷映射函数，f2是逻辑映射函数；矩阵变换单元，用于通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流；密码置换单元，用于通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流。在根据本专利技术所述的图像加密装置中，所述矩阵变换单元通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流的步骤包括：利用对称矩阵变换将耦合映像格子序列(x,y)的初始区间(0,1)变换到指定区间，输出(x',y')；取(x',y')的下限值作为第一密钥流。在根据本专利技术所述的图像加密装置中，所述密码置换单元通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流的步骤为：通过以下公式计算第二密钥流：其中SBox(ci,di)为在二维表SBox中查找到的下标(ci,di)对应的数值；(ci,di)为第一密钥流的参数值；x1_b,y1_b分别为初始值x0,y0的前8位；i＝2,3......,N时，xi_b,yi_b分别为前一输出的密钥值分别进行比特位的左移运算和右移运算后得到。本专利技术第三方面，提供了一种密钥流生成方法，包括以下步骤：a、基于初始值构造耦合映像格子序列；该步骤中建立基于二维动态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构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x0,y0∈(0,1]；该耦合映像格子模型为：其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f1是下帐篷映射函数，f2是逻辑映射函数；b、通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流；该步骤中利用对称矩阵变换将耦合映像格子序列(x,y)的初始区间(0,1)变换到指定区间，输出(x',y')；并取(x',y')的下限值作为第一密钥流；c、通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流；该步骤中通过以下公式计算第二密钥流：其中SBox(ci,di)为在二维表SBox中查找到的下标(ci,di)对应的数值；(ci,di)为第一密钥流的参数值；x1_b,y1_b分别为初始值x0,y0的前8位；i＝2,3......,N时，xi_b,yi_b分别为前一输出的密钥值分别进行比特位的左移运算和右移运算后得到。本专利技术第四方面，提供了一种密钥流生成器，包括：序列生成单元，用于基于初始值构造耦合映像格子序列；所述序列生成单元建立基于二维动态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构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x0,y0∈(0,1]；该耦合映像格子模型为：其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f1是下帐篷映射函数，f2是逻辑映射函数；矩阵变换单元，用于通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流；所述矩阵变换单元利用对称矩阵变换将耦合映像格子序列(x,y)的初始区间(0,1)变换到指定区间，输出(x',y')；并取(x',y')的下限值作为第一密钥流；密码置换单元，用于通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流；所述密码置换单元通过以下公式计算第二密钥流：其中SBox(ci,di)为在二维表SBox中查找到的下标(ci,di)对应的数值；(ci,di)为第一密钥流的参数值；x1_b,y1_b分别为初始值x0,y0的前8位；i＝2,3......,N时，xi_b,yi_b分别为前一输出的密钥值分别进行比特位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基于初始值构造耦合映像格子序列，通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流，通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流；其中，建立基于二维动态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构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x0,y0∈(0,1]；该耦合映像格子模型为：xi+1=(1-ϵ)f1(xi)+ϵf2(yi)yi+1=(1-ϵ)f1(yi)+ϵf2(xi)]]>其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f1是下帐篷映射函数，f2是逻辑映射函数；(2)使用第一密钥流对原始图像进行置乱；(3)使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据；其中，将置乱后的图像分列得到第i列的像素值为Pi(j)，i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分别为每行像素和每列像素；将第一列像素值与所述第二密钥流异或运算后作为第一列密文序列将第i列像素值与所述第二密钥流异或运算后，再与前一列密文序列进行异或运算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N。...

【技术特征摘要】
1.一种图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)基于初始值构造耦合映像格子序列，通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流，通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流；其中，建立基于二维动态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构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x0,y0∈(0,1]；该耦合映像格子模型为：xi+1=(1-ϵ)f1(xi)+ϵf2(yi)yi+1=(1-ϵ)f1(yi)+ϵf2(xi)]]>其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f1是下帐篷映射函数，f2是逻辑映射函数；(2)使用第一密钥流对原始图像进行置乱；(3)使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据；其中，将置乱后的图像分列得到第i列的像素值为Pi(j)，i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分别为每行像素和每列像素；将第一列像素值与所述第二密钥流异或运算后作为第一列密文序列将第i列像素值与所述第二密钥流异或运算后，再与前一列密文序列进行异或运算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N。2.根据权利要求1所述的图像加密方法，其特征在于，所述步骤(1)中通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流的步骤包括：利用对称矩阵变换将耦合映像格子序列(x,y)的初始区间(0,1)变换到指定区间，输出(x',y')；取(x',y')的下限值作为第一密钥流。3.根据权利要求2所述的图像加密方法，其特征在于，所述步骤(1)中通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流的步骤为：通过以下公式计算第二密钥流：其中SBox(ci,di)为在二维表SBox中查找到的下标(ci,di)对应的数值；(ci,di)为第一密钥流的参数值；x1_b,y1_b分别为初始值x0,y0的前8位；i＝2,3......,N时，xi_b,yi_b分别为前一输出的密钥值分别进行比特位的左移运算和右移运算后得到。4.根据权利要求3所述的图像加密方法，其特征在于，所述比特位的左移运算和右移运算中移动的比特数为2～4个比特。5.一种图像加密装置，其特征在于，包括：密钥流生成器，用于生成第一密钥流和第二密钥流；图像置乱单元，用于使用第一密钥流对原始图像进行置乱；分块编码单元，用于使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据；其中，将置乱后的图像分列得到第i列的像素值为Pi(j)，其中i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分别为每行像素和每列像素；将第一列像素值与所述第二密钥流异或运算后作为第一列密文序列；将第i列像素值与所述第二密钥流异或运算后，再与前一列密文序列进行异或运算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N；其中，所述密钥流生成器包括：序列生成单元，用于基于初始值构造耦合映像格子序列；该序列生成单元建立基于二维动态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构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x0,y0∈(0,1]；所述耦合映像格子模型为：xi+1=(1-ϵ)f1(xi)+ϵf2(yi)yi+1=(1-ϵ)f1(yi)+ϵf2(xi)]]>其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f1是下帐篷映射函数，f2是逻辑映射函数；矩阵变换单元，用于通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流；密码置换单元，用于通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦鹏程，李莉，雷列，吴莹莹，
申请(专利权)人：重庆第二师范学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50