基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法技术方案

本发明专利技术提供了基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法，包括针对基于ECC的综合加密方案和哈希算法，将密文图像与加密的哈希值合成一个加密数据包后进行传输，并在一种快速的动态分块图像加密方案下给出示例，重点强调该传输方案的在公共信道下的传输流程和该方法的可靠性，其中，基于ECC的公匙加密算法可以任意选择，超混沌系统及加密、解密方案可以任意更换，多样化的系统设计使得本发明专利技术具有很强的灵活性和可靠性。有很强的灵活性和可靠性。有很强的灵活性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法


[0001]本专利技术属于图像加密
，涉及基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法。

技术介绍

[0002]针对在公共信道中传输的文本、语音、图像、视频等数据，数据的安全性问题和传输方案一直是科学研究的难点。公钥加密系统可用来加密数据、进行数字签名或者在安全通信的开始阶段进行密匙交换，由于其非对称性，该方法能够很好地抵抗选择明文攻击和选择密文攻击。现有流行的图像加密算法，均在置乱
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扩散的结构下进行，相关文献或专利一般只给出加密、解密的方案，未对实际应用场景下或在公共信道下传输给出具体的方法。另外，现有算法都有一个共同特点：对称，这导致密匙在公共信道传输时极易受到攻击，故本专利技术采用非对称的方式，将公匙与私匙分离，能有效解决该问题。
[0003]哈希算法被广泛应用于产生混沌序列的初始值，通常做法是发送方使用明文图像获得哈希值，再将哈希值用于加密。为了解密图像，在传递加密图像时，需要连同哈希值一起传送。这种方式的缺陷在于，由于哈希值与明文相关，故攻击者可以通过哈希值来获取明文信息，导致密文的安全性大大降低，故本专利技术将哈希值也进行加密，将能解决这一问题。
[0004]基于离散或连续混沌的图像加密方案，为了取得良好的加密效果，一般需要进行多轮置乱
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扩散操作。最新的研究中，超混沌系统因其复杂的动力学行为，只需一轮扩散就能实现可靠的加密。
[0005]针对上述客观挑战或现存问题，本专利技术提出了一种基于椭圆曲线密码（ECC）和哈希算法的图像加密及传输方案，提高加密的效率和传输安全性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有技术存在的问题，提供基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法，解决了密匙在公共信道传输时极易受到攻击，导致安全性和传输效率较低的问题。
[0007]为此，本专利技术采取以下技术方案：基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法，包括如下步骤：S1：接收方生成密匙对，并向发送方发送密匙对，所述密匙对包括公匙和私匙，其中，所述公匙用于加密数据，所述私匙用于解密数据；S2：发送方利用公匙和ECIES加密哈希值,根据加密方案加密明文图像，并将两者合成一个加密数据包，完成上述操作后，发送方将加密数据包通过公共信道发送给接收方；S3：接收方接收到加密数据包后，将加密数据包拆解为加密图像和加密哈希值，所述加密哈希值通过私匙和ECIES解密，再将解密后的哈希值用于解密明文图像即可。
[0008]进一步地，将所述哈希值与加密明文图像结合成加密数据包的方法包括置乱过程和扩散过程，在置乱过程完成后，执行扩散操作，其中，所述置乱过程包括如下步骤：
S1：对大小为M
×
N的明文图像P，首先将其从原来的像素级格式转化为5个比特级平面，所述平面集合包括一个由原图像的所有像素的低1
‑
4位比特所组合成的平面和四个依次由第5
‑
8位比特所组成的平面；S2：在完成对图片的转换后，对于平面集合中的每一个平面，如果它相对于其他的平面而言含有更多的信息量，那么就会被划分为更小的块，具体地，将由第8位比特组成的平面划分为若干1
×
1的块，将由第7、6和5位比特组成的平面划分为若干2
×
2、4
×
4和8
×
8的块，将由原图像所有像素的低1
‑
4位比特组成的平面划分为16
×
16的块；S3：由于划分完成的平面等价于由划分好的块为单位组成的矩阵，继续对上述矩阵其进行行移位操作与列移位操作，且所述移位距离由超混沌序列来决定的；S4：将上述五个置乱后的平面组合在一起并且转化为像素级格式的图像，并且尺寸为M
×
N。
[0009]进一步地，所述扩散过程包括如下步骤：S1：在产生的混沌序列的基础上，生成一个用于扩散操作的子混沌序列，用来生成子混沌序列的母序列为x(i)，子序列将会从x(i)中产生后，将子序列转化为二维序列x(i,j)，尺寸为M
×
N；S2：将经过置乱过程后的图片PM(i,j)中的每一个像素，与其右方和下方的临近像素的关联将通过像素值之间与二维的序列x(i,j)的异或运算被建立起来，在扩散过程后生成的是最终的加密图片C(i,j)。
[0010]进一步地，所述移位距离如下公式来计算：row = floor(mod(rowChao(indexRow2 + n)
×
104, indexCol))col = floor(mod(colChao(indexCol2 + n)
×
104, indexRow))其中，indexRow和indexCol分别代表着行中的块数和列中的块数，rowChao和colChao是两个生成的混沌序列，n代表当前行或者当前列的序号数， floor(x)代表最大的但不大于x的整数。
[0011]本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术提出了一种非对称的公钥系统图像加密传输方案，将公匙与私匙分离，使加密图像可以安全地在公共信道中传输，另外，本专利技术在加密过程中采用超混沌序列，相较于混沌序列，其动力学行为更复杂，安全性更高；2.本专利技术在加密过程中只需一轮置乱
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扩散的快速动态分块图像加密算法，能够提高加密效率；3.本专利技术中基于ECC的公匙加密算法可以任意选择，超混沌系统及加密、解密方案也可以任意更换，多样化的系统设计使得本专利技术具有很强的灵活性和可靠性。
附图说明
[0012]图1为本专利技术传输流程示意图；图2为本专利技术加密流程示意图；图3为本专利技术实施例中置乱过程的平面转化示意图；图4为本专利技术实施例中置乱过程的分块示意图；图5为本专利技术实施例中的矩阵移位示意图；
图6为本专利技术实施例中的扩散过程示意图；图7为本专利技术实施例中的扩散算法示意图。
具体实施方式
[0013]下面结合附图与实施方法对本专利技术的技术方案进行相关说明。
[0014]如图1和2所示，基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法，包括如下步骤：S1：接收方生成密匙对，并向发送方发送密匙对，所述密匙对包括公匙和私匙，其中，所述公匙用于加密数据，所述私匙用于解密数据；S2：发送方利用公匙和ECIES加密哈希值,根据加密方案加密明文图像，并将两者合成一个加密数据包，完成上述操作后，发送方将加密数据包通过公共信道发送给接收方；S3：接收方接收到加密数据包后，将加密数据包拆解为加密图像和加密哈希值，所述加密哈希值通过私匙和ECIES解密，再将解密后的哈希值用于解密明文图像即可。
[0015]其中，将哈希值与加密明文图像结合成加密数据包的方法包括置乱过程和扩散过程，在置乱过程完成后，执行扩散操作。
[0016]具体地，置乱过程包括如下步骤：S1：如图3所示，将明文图片转化为5个不同的平面，其中，一个平面是由明文图像中每一个像素的第1
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：接收方生成密匙对，并向发送方发送密匙对，所述密匙对包括公匙和私匙，其中，所述公匙用于加密数据，所述私匙用于解密数据；S2：发送方利用公匙和ECIES加密哈希值,根据加密方案加密明文图像，并将两者合成一个加密数据包，完成上述操作后，发送方将加密数据包通过公共信道发送给接收方；S3：接收方接收到加密数据包后，将加密数据包拆解为加密图像和加密哈希值，所述加密哈希值通过私匙和ECIES解密，再将解密后的哈希值用于解密明文图像即可。2.根据权利要求1所述的基于公钥系统和哈希算法的混沌图像加密及传输方法，其特征在于，将所述哈希值与加密明文图像结合成加密数据包的方法包括置乱过程和扩散过程，在置乱过程完成后，执行扩散操作，其中，所述置乱过程包括如下步骤：S1：对大小为M
×
N的明文图像P，首先将其从原来的像素级格式转化为5个比特级平面，所述平面集合包括一个由原图像的所有像素的低1
‑
4位比特所组合成的平面和四个依次由第5
‑
8位比特所组成的平面；S2：在完成对图片的转换后，对于平面集合中的每一个平面，如果它相对于其他的平面而言含有更多的信息量，那么就会被划分为更小的块，具体地，将由第8位比特组成的平面划分为若干1
×
1的块，将由第7、6和5位比特组成的平面划分为若干2
×
2、4
×
4和8
×
8的块，将由原图像所有像素的低1
‑
4位比特组...

【专利技术属性】
技术研发人员：李守亮，侯文金，张桂东，陈冬梅，梁浩天，杨臻，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：