一种基于加权概率模型的自适应对称编码方法以及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于加权概率模型的自适应对称编码方法以及系统，本申请兼具对称加密和无损压缩双重功能，首先通过对第一二进制序列进行分段交换，得到第二二进制序列，并构建加权系数的非线性轮函数，最后基于加权概率模型进行编码，实现了对数据的无损压缩和对称加密，能够抵御线性攻击和差分攻击。相较于目前主流的熵编码和对称加密算法，本申请无损压缩可达信息熵，兼具高强度的对称加密，能有效降低硬件资源和运算能耗。本申请加权概率模型编码后的长度具有随机性，具有极高的安全性，而且本申请提出了一种适用于“流”编码模式的计算方式，加权系数r随着二进制序列的局部特征变化，从而实现自适应调整。从而实现自适应调整。从而实现自适应调整。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加权概率模型的自适应对称编码方法以及系统


[0001]本专利技术涉及数据编码
，特别涉及一种基于加权概率模型的自适应对称编码方法以及系统。

技术介绍

[0002]无损压缩算法(熵编码)已经被广泛应用于通信、存储等
，常见的无损压缩算法有行程编码，字典编码，哈夫曼编码以及算术编码(区间编码)等。对称加密算法作为信息安全的核心工具，也被广泛应用于通信、交易、支付以及数据脱敏等领域，常见的对称加密算法有DES(Data Encryption Standard，数据加密标准)，AES(Advanced Encryption Standard，高级加密标准)，Blowfish(一个对称加密块算法)等。
[0003]在系统应用中，无损压缩算法无法实现高强度对称加密，对称加密算法无法实现良好的压缩效果，对称加密和无损压缩均为信源编码，这类算法一般采用独立级联应用，因数据需通过先后两种算法的编译码，所以需两种算法的硬件资源和运算能耗。大数据环境下，对称加密和无损压缩采用算法内联可减少硬件资源和运算能耗。基于算术编码加密方法是一种算法内联方法，然而该方法编码数据中某一符号时通过混沌映射成另一符号，因映射方法确定，所以必然改变了原有数据的信息熵，使得压缩效果无法确定。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本专利技术提出一种基于加权概率模型的自适应对称编码方法以及系统，即实现了无损压缩又具备高强度的对称加密，能保障信息安全，有效降低硬件资源和运算要求，而且还实现了以字节为单位的流编码模式，提升压缩比，可有效的适应于物联网终端的小数据和互联网的大数据加密和压缩。
[0005]本专利技术的第一方面，提供了一种基于加权概率模型的自适应对称编码方法，包括如下步骤：
[0006]获取包括信源序列的第一二进制序列以及由m2个随机整数组成的二维表；
[0007]对所述第一二进制序列进行分段交换，得到包含m段子序列的第二二进制序列；
[0008]通过如下方式分别对所述第二二进制序列中每段子序列进行编码，得到每段子序列对应的编码结果：
[0009]从所述二维表中获取与当前子序列中第i位符号X
i
对应的比特值，基于所述比特值计算非线性轮函数r(i)；
[0010]计算所述符号X
i
的加权概率和其中，其中，所述r表示权系数，且所述p(0)表示所述当前子序列中符号0的概率，所述p(1)表示所述当前子序列中符号1的概率，所述n表示所述当前子序列中符号总数，所述L表示预设的编码长度，所述C0表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数中的符号0的个数，所述C0的初始值为1，所述C1表示编码所述符号X
i
之前
所述当前子序列中已经编码的总符号数中的符号1的个数，所述C1的初始值为1，所述T表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数，所述T的初始值为2；
[0011]编码所述符号X
i
：若X
i
＝0，则C0＝C0+1且T＝T+1；若X
i
＝1，则C1＝C1+1且T＝T+1；其中，所述R
i
、R
i
‑1、L
i
以及L
i
‑1为编码变量，R0＝1，L0＝0；
[0012]将所述每段子序列对应的编码结果合并，得到最终的编码结果。
[0013]本专利技术的第二方面，提供了一种基于加权概率模型的自适应对称编码系统，包括：
[0014]数据获取单元，用于获取包括信源序列的第一二进制序列以及由m2个随机整数组成的二维表；
[0015]第一编码单元，用于对所述第一二进制序列进行分段交换，得到包含m段子序列的第二二进制序列；
[0016]第二编码单元，用于通过如下方式分别对所述第二二进制序列中每段子序列进行编码，得到每段子序列对应的编码结果：
[0017]从所述二维表中获取与当前子序列中第i位符号X
i
对应的比特值，基于所述比特值计算非线性轮函数r(i)；
[0018]计算所述符号X
i
的加权概率和其中，其中，所述r表示权系数，且所述p(0)表示所述当前子序列中符号0的概率，所述p(1)表示所述当前子序列中符号1的概率，所述n表示所述当前子序列中符号总数，所述L表示预设的编码长度，所述C0表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数中的符号0的个数，所述C0的初始值为1，所述C1表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数中的符号1的个数，所述C1的初始值为1，所述T表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数，所述T的初始值为2；
[0019]编码所述符号X
i
：若X
i
＝0，则C0＝C0+1且T＝T+1；若X
i
＝1，则C1＝C1+1且T＝T+1；其中，所述R
i
、R
i
‑1、L
i
以及L
i
‑1为编码变量，R0＝1，L0＝0；
[0020]数据合并单元，用于将所述每段子序列对应的编码结果合并，得到最终的编码结果。
[0021]本专利技术的第三方面，提供了一种电子设备，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行上述的基于加权概率模型的自适应对称编码方法。
[0022]本专利技术的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行上述的基于加权概率模型的自适应对称编码方法。
[0023]根据本申请的实施例，至少具有如下技术效果：
[0024]本方法兼具对称加密和无损压缩双重功能。首先通过对第一二进制序列进行分段交换，得到第二二进制序列，并构建加权系数的非线性轮函数r(i)，最后基于加权概率模型
进行编码，实现了对数据的无损压缩和对称加密，能够抵御线性攻击和差分攻击。因分段交换不会改变数据中各符号的概率，使得数据的信息熵不会改变，相较于目前主流的熵编码和对称加密算法，本方法实施例无损压缩可达信息熵，兼具高强度的对称加密，能有效降低硬件资源和运算能耗。
[0025]本方法每个符号编码所使用的加权系数r因非线性轮函数r(i)变化，使得加权概率模型编码后的长度具有随机性，未来可广泛应用于信息安全、数据存储和传输领域，具有极高的安全性。
[0026]本方法提出了一种适用于“流”编码模式的计算方式，相较于相关专利中r是一个固定的值，本方法能使加权系数r随着本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加权概率模型的自适应对称编码方法，其特征在于，包括如下步骤：获取包括信源序列的第一二进制序列以及由m2个随机整数组成的二维表；对所述第一二进制序列进行分段交换，得到包含m段子序列的第二二进制序列；通过如下方式分别对所述第二二进制序列中每段子序列进行编码，得到每段子序列对应的编码结果：从所述二维表中获取与当前子序列中第i位符号X
i
对应的比特值，基于所述比特值计算非线性轮函数r(i)；计算所述符号X
i
的加权概率和其中，其中，所述r表示权系数，且所述p(0)表示所述当前子序列中符号0的概率，所述p(1)表示所述当前子序列中符号1的概率，所述n表示所述当前子序列中符号总数，所述L表示预设的编码长度，所述C0表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数中的符号0的个数，所述C0的初始值为1，所述C1表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数中的符号1的个数，所述C1的初始值为1，所述T表示编码所述符号X
i
之前所述当前子序列中已经编码的总符号数，所述T的初始值为2；编码所述符号X
i
：若X
i
＝0，则C0＝C0+1且T＝T+1；若X
i
＝1，则C1＝C1+1且T＝T+1；其中，所述R
i
、R
i
‑1、L
i
以及L
i
‑1为编码变量，R0＝1，L0＝0；将所述每段子序列对应的编码结果合并，得到最终的编码结果。2.根据权利要求1所述的基于加权概率模型的自适应对称编码方法，其特征在于，所述第一二进制序列包括所述信源序列和与所述信源序列串联的二进制随机数。3.根据权利要求2所述的基于加权概率模型的自适应对称编码方法，其特征在于，所述对所述第一二进制序列进行分段交换，得到包含m段子序列的第二二进制序列，包括步骤：将所述第一二进制序列线性地分割为按序依次排列m段子序列；为排列好的每一段子序列随机设置编号；将第j段子序列与第f(j)段子序列进行交换，得到所述第二二进制序列；其中，所述f(j)表示所述第j段子序列对应的编号，所述第f(j)段子序列表示所述第j段子序列对应的编号所对应的子序列。4.根据权利要求3所述的基于加权概率模型的自适应对称编码方法，其特征在于，从所述二维表中获取与当前子序列中第i位符号X
i
对应的比特值，基于所述比特值计算非线性轮函数r(i)，包括如下步骤：获取所述符号X
i
；计算x＝(i
‑
X
i
)mod m，y＝((i/m)
‑
X
i
)mod m，其中，所述mod为取模运算；从所述二维表中查找坐标(x，y)的对应的比特值g(x，y)；通过如下公式进行计算所述r(i)：其中，所述s表示大于3的整数。5.根据权利要求3所述的基于加权概率模型的自适应对称编码方法，其特征在于，从所
述二维表中获取与当前子序列中第i位符号X
i
对应的比特值，基于所述比特值计算非线性轮函数r(i)，包括如下步骤：获取所述符号X
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰林，廖亦凡，何桃军，周浪，
申请(专利权)人：湖南遥昇通信技术有限公司，
类型：发明
国别省市：