基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法技术方案

本发明专利技术涉及图像加密和解密Markov分割技术领域，具体涉及基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法，S1、择混沌系统参数λ(为质数)和σ，耦合格子系统阶数M和耦合轨道分配的权重e；S2、根据耦合格子系统阶数M选择迭代系统的初始值，生成迭代初始值，使用具有Markov分割性质的混沌系统参数生成彩色图像的置换矩阵和加密密钥流，并结合使用3DES加密算法增加破译复杂度，传输完成后，再使用对应的解密规则进行解密，并对解密后的数据进行还原操作，将恢复后的图像数据保存为原图像格式，实现图像加密的传输以及图像复原操作。计算简单，安全性高，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法


[0001]本专利技术涉及图像加密和解密Markov分割
，具体涉及基于Markov 分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法。

技术介绍

[0002]近年来，信息安全越来越受到人们的重视，任何人都可以通过网络轻松 获取其他人的信息，特别是通过普通PC机获取图像、音乐、动画等。网络上 保存和传输的图像数据量越来越大，图像信息的保密性成为一个突出问题， 而加密算法可以保证仅授权用户才能获知图像信息，从而实现对图像信息的 保密。图像数据的加密解密规则是，将图像数据以明文的身份被保存下来， 设置密钥，通过加密算法实现加密，完成传输后，使用对应的解密算法对传 输后的数据进行解密，得到结果，实现安全传输。传统的加密算法如数据加 密标准DES、高级标准AES、国际数据加密算法IDEA等是基于文本设计的， 将其用在图像加密算法上并不合适。图像数据加密技术的难度高在于，相比 文本数据，数据样本多、冗余度高、像素邻域内相关性强等特点被用于描述 图像数据，因此图像在加密时效率低、可逆性弱，除此之外，入侵者还可以 基于图像数据样本量进行分析。为解决这一问题，利用混沌的加密算法正吸 引越来越多的注意。目前，混沌密码算法存在的问题主要有三方面：首先， 混沌系统的极限分布不均匀而可能被破译者发现其缺点，其抗差分攻击能力 弱；其次是算法结构缺陷使其不能抵抗选择密文攻击CCA攻击或选择明文攻 击CPA攻击等；最后，算法性能的优化问题，构造的算法结构过于复杂而造 成加密和解密效率不高。

技术实现思路

[0003]针对现有技术所存在的上述缺点，本专利技术的第一目的在于提供基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法，使用具有Markov 分割性质的混沌系统参数生成彩色图像的置换矩阵和加密密钥流，并结合使 用3DES加密算法增加破译复杂度，传输完成后，再使用对应的解密规则进行 解密，并对解密后的数据进行还原操作，将恢复后的图像数据保存为原图像 格式，实现图像加密的传输以及图像复原操作。计算简单，安全性高，具有 良好的应用前景。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0005]基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法，包括 以下步骤：
[0006]S1、择混沌系统参数λ(为质数)和σ，耦合格子系统阶数M和耦合轨道 分配的权重e；
[0007]S2、根据耦合格子系统阶数M选择迭代系统的初始值，生成迭代初始值；
[0008]S3、根据输入的明文图像尺寸直接用于加密图像的迭代操作；
[0009]S4、将置换后的图像记为数据流的形式；
[0010]S5、将生成的数据流依次输入两轮迭代系统；
[0011]S6、采用3DES的ECB模式生成generator，采用PKCS5 Padding填充方 式；
[0012]S7、解密操作；
[0013]S8、图像的置乱操作可逆，最后利用置乱矩阵可直接恢复图像，并将恢 复的图像保存为原图像格式，实现图像加密的传输以及接收端的复原操作。
[0014]本专利技术进一步设置为：所述S2的具体操作步骤为：根据耦合格子系统阶 数M选择迭代系统初始值为(X1,X2,...,X
M
),密钥为(x1,x2,...,x
k
)，此处x
t
(t＝1,...,M) 仅表示与X
t
(t＝1,...,M)区别，通过[0,1]上均匀分布的真随机数RND扰动密钥， 生成迭代初始值X
i
＝x
i
+RND(i＝1,2...,M)，引入真随机数可达到一次一密的效果， 迭代过程中产生的密钥流需要量化为字节流M
n
＝floor(g
n
×
256)。
[0015]本专利技术进一步设置为：所述S3的具体操作步骤为：根据输入的明文图像 尺寸S(P
×
Q)生成密钥流的长度L＝2
×
P
×
Q，记为M1,M2,...,M
L
，其中用于消除系统初始迭代时的震荡和 构造置换矩阵，舍弃前16个数值，然后依次产生P个和Q个不同的整数序列 构成两个置换λ
P
和λ
Q
，将生成的置换矩阵记为λ
rc
(I)＝λ
P
oλ
Q
(I)，后半部分密钥 记为直接用于加密图像的迭代 操作。
[0016]本专利技术进一步设置为：所述S4的具体操作步骤为：初始明文图像记为 I＝(I
ij
)
P
×
Q
，置换操作后的图像为λ＝(λ
ij
)
P
×
Q
＝λ
rc
(I)，将置换后的图像记为数据 流的形式即为(p1,p2,...,p
t
,...,p
s
)，其中p
t
＝λ
ij
，t＝(i
‑
1)
×
P+j,1≤t≤s。
[0017]本专利技术进一步设置为：所述S5的具体操作步骤为：将生成的数据流依次 输入两轮迭代系统表示如式(1)和(2)，经过此两轮操作后产生的密文为 (D1,D2,...,D
t
,...,D
S
)，这里的C0为迭代系统的启动参数，它作为密钥由密钥文件 提供；
[0018][0019][0020]本专利技术进一步设置为：所述S6的具体操作步骤为：采用3DES的ECB模 式生成generator，采用PKCS5 Padding填充方式，使用第一层密钥对 (D1,D2,...,D
t
,...,D
S
)进行Encrypt加密，得到S
‑
1；然后使用第二层密钥对S
‑
1 进行Decrypt解密，得到S
‑
2；再使用第三层密钥对S
‑
2进行Encrypt加密， 最后得到三层加密后的数据。
[0021]本专利技术进一步设置为：所述S7的具体操作步骤为：解密操作为加密过程 的逆向操作，先逆序使用3DES的密钥解密，再由解密得到的(D1,D2,...,D
S
)计算 (C1,C2,...,C
S
)，然后再恢复明文(p1,p2,...,p
s
)。
[0022]有益效果
[0023]采用本专利技术提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效 果：
[0024](1)、使用具有Markov分割性质的混沌系统参数生成彩色图像的置换 矩阵和加密
密钥流，并结合使用3DES加密算法增加破译复杂度，传输完成后， 再使用对应的解密规则进行解密，并对解密后的数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、择混沌系统参数λ(为质数)和σ，耦合格子系统阶数M和耦合轨道分配的权重e；S2、根据耦合格子系统阶数M选择迭代系统的初始值，生成迭代初始值；S3、根据输入的明文图像尺寸直接用于加密图像的迭代操作；S4、将置换后的图像记为数据流的形式；S5、将生成的数据流依次输入两轮迭代系统；S6、采用3DES的ECB模式生成generator，采用PKCS5 Padding填充方式；S7、解密操作；S8、图像的置乱操作可逆，最后利用置乱矩阵可直接恢复图像，并将恢复的图像保存为原图像格式，实现图像加密的传输以及接收端的复原操作。2.根据权利要求1所述的基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法，其特征在于，所述S2的具体操作步骤为：根据耦合格子系统阶数M选择迭代系统初始值为(X1,X2,...,X
M
),密钥为(x1,x2,...,x
k
)，此处x
t
(t＝1,...,M)仅表示与X
t
(t＝1,...,M)区别，通过[0,1]上均匀分布的真随机数RND扰动密钥，生成迭代初始值X
i
＝x
i
+RND(i＝1,2...,M)，引入真随机数可达到一次一密的效果，迭代过程中产生的密钥流需要量化为字节流M
n
＝floor(g
n
×
256)。3.根据权利要求1所述的基于Markov分割的混沌系统与3DES结合的图像加密和解密方法，其特征在于，所述S3的具体操作步骤为：根据输入的明文图像尺寸S(P
×
Q)生成密钥流的长度L＝2
×
P
×
Q，记为M1,M2,...,M
L
，其中用于消除系统初始迭代时的震荡和构造置换矩阵，舍弃前16个数值，然后依次产生P个和Q个不同的整数序列构成两个置换λ
P
和λ
Q
，将生成的置换矩阵记为λ
rc
(I)＝λ
P
oλ
Q
(I)，后半部分密钥记为直接用于加密图像的迭代操作。4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：车洪峰，周天乐，王艳艳，曹亚光，
申请(专利权)人：杭州北斗时空研究院，
类型：发明
国别省市：