一种基于域算术的概率图像加密方法技术

本发明专利技术公开了一种基于域算术的概率图像加密方法，涉及图像加密领域，包括图像加密算法和图像解密算法；加密算法包括以下步骤：所述图像加密算法包括以下步骤：S1：由密钥K生成伪随机序列S、U1和U2；S2：借助计算机自带的伪随机数发生器函数rand生成长度为128的伪随机数序列；S3：将P按行展开为一维向量，记为Q，长度为MN；S4：将向量X加密为向量E；S5：将向量E与乱序后的S异或，得到的向量记为E

【技术实现步骤摘要】
一种基于域算术的概率图像加密方法


[0001]本专利技术涉及图像信息安全
，尤其是涉及一种基于域算术的概率图像加密方法。

技术介绍

[0002]数字图像是互联网通信的主要信息载体，图像信息安全与人们的名誉、隐私安全和财产安全密切相关。图像加密技术是保护公共通信信道中的图像信息安全的有效办法。图像加密技术是在文本加密技术的基础上发展起来的，使用了文本加密算法中广泛使用的置换、置乱和扩散算法，与文本加密算法不同的是，图像加密系统需要大量的伪随机数，目前主要使用具有非线性方程的混沌系统作为伪随机数发生器。混沌图像加密系统已经成为信息安全领域的热点研究方向。
[0003]当前，数字图像加密方面有三个重要的研究方向，其一，寻找新的适用于密码学的混沌系统，借助这类混沌系统生成密码学安全意义上的伪随机数序列，通过伪随机数测试标准验证得到的伪随机数序列可以作为等价密钥。其二，研究新的置乱盒S
‑
box。置乱盒S
‑
box是图像密码系统中重要的非线性组件，其性能直接影响到图像密码系统的安全性。其三，研究新型的置换、置乱和扩散算法或它们的融合算法。这些算法将借助于异或运算、模算术运算、变换域技术、压缩感知技术、域算术运算、DNA计算等，将图像的可视信息转化为类似于噪声的图像信息。除了上述主要的研究方向外，还有将明文图像加密为另一幅可视图像的可视图像加密技术研究，这种研究得到的密文图像对窃听者具有一定的欺骗性。
[0004]上述图像加密系统的研究工作在执行图像加密时具有相同的特性，即加密算法与加密的时刻无关，也就是说，在加密密钥不变的情况下，加密同一明文图像必将得到确定的唯一的密文图像。这类图像加密系统在窃听方截获加密或解密设备时，容易遭受明文、密文和穷举密钥攻击。
[0005]因此，有必要提供一种基于域算术的概率图像加密方法，来解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于域算术的概率图像加密方法，保证了加密算法与解密算法的互逆性，在合法密钥下，解密算法将加密算法得到的密文图像还原为明文图像。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于域算术的概率图像加密方法，包括图像加密算法和图像解密算法，所述图像加密算法包括以下步骤：
[0008]S1：由密钥K生成伪随机序列S、U1和U2；
[0009]S2：借助计算机的伪随机数发生器生成长度为128的伪随机数序列，记为{m
i
}，i＝1，2，...，128，每个元素为1至256间的整数；
[0010]S3：将明文图像P按行展开为一维向量，记为Q，长度为MN，第i个元素为Q(i)，将Q与伪随机序列S的对应位置元素异或，得到的向量记为X；
[0011]S4：将向量X加密为向量E；
[0012]S5：将向量E与乱序后的S进行异或，得到的向量记为E
’
，满足，满足其中，表示逐位异或运算，mod表示模运算；
[0013]S6：将向量E
’
转化为M
×
N的矩阵C，使得C(i,j)＝E
’
(N(i
‑
1)+j)，C为密文图像；
[0014]S7：引入向量W，且W(0)＝0，计算S7：引入向量W，且W(0)＝0，计算计算将W和C通过公共信道发送到接收方；
[0015]所述图像解密算法包括以下步骤：
[0016]S11：由密钥K生成伪随机序列S、U1和U2；
[0017]S12：将接收到的辅助序列W依次作如下的变换：
[0018][0019][0020][0021]S13：将密文图像C按行展开为一维向量，记为H，长度为MN，其第i个元素记为H(i)；
[0022]S14：将向量H与置乱后的S进行异或，得到的向量记为H
’
，满足，满足
[0023]S15：将向量H
’
变换为向量Y；
[0024]S16：将向量Y与向量S的对应位置元素进行异或运算，得到的向量记为Y
’
；
[0025]S17：将向量Y
’
变换为M
×
N的矩阵R，使R(i,j)＝Y
’
(N(i
‑
1)+j)，R为解密后的图像。
[0026]优选的，在步骤S4中，将向量X加密为向量E，
[0027]输入：向量X、伪随机数序列{m
i
}，i＝1，2，...，128，向量U1和U2，n＝257；
[0028]输出：向量E；包括以下步骤：
[0029]S41：引入向量D，长度为MN，令D(0)＝0，D(MN+1)＝0，X(0)＝0；
[0030]S42：令V＝集合
[0031]S43：For i＝1 to MN，循环执行下述公式：
[0032]t＝(X(i)+X(i
‑
1)+D(i
‑
1)+U2(3i mod 256+1)
‑
1)mod 256+1
[0033][0034]S44：设向量E长度为MN，且E(MN+1)＝0；
[0035]S45：For i＝MN down to 1，循环执行；
[0036]t＝(D(i)+D(i+1)+E(i+1)+U2(11i mod 256+1)
‑
1)mod 256+1；
[0037][0038]S46：将E赋给X，重复步骤S42
‑
步骤S45，得到一个新的向量E，重复步骤S43时，U2的索引为5i mod 256+1；重复步骤S45时，U2的索引为7i mod 256+1。
[0039]优选的，在步骤15中，将向量H
’
解密为向量Y，
[0040]输入：向量H
’
、辅助序列变换后的新序列W，向量U1和U2，n＝257；
[0041]输出：向量Y；具体步骤如下：
[0042]S151：引入向量G，长度为MN，令G(0)＝0，G(MN+1)＝0，H
’
(0)＝0，H
’
(MN+1)＝0；
[0043]S152：令
[0044]S153：计算V中各个元素关于256的乘法逆元，组成一个新的向量T；
[0045]S154：For i＝MN down to 1，循环执行下述公式；
[0046][0047][0048]G(i)＝t
2 mod 256；
[0049]S155：设向量Y长度为MN；
[0050]S156：For i＝1 to MN，循环执行；
[0051][0052][0053]Y(i)＝t
2 mod 256；
[0054]S157：将Y赋给H，重复步骤S152
‑
步骤S156得到一个新的向量Y，重复步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于域算术的概率图像加密方法，其特征在于：包括图像加密算法和图像解密算法，所述图像加密算法包括以下步骤：S1：由密钥K生成伪随机序列S、U1和U2；S2：借助计算机自带的伪随机数发生器函数rand生成长度为128的伪随机数序列，记为{m
i
}，i＝1，2，...，128，每个元素为1至256间的整数；S3：将明文图像P按行展开为一维向量，记为Q，长度为MN，第i个元素为Q(i)，将Q与伪随机序列S的对应位置元素异或，得到的向量记为X；S4：将向量X加密为向量E；S5：将向量E与乱序后的S进行异或，得到的向量记为E
’
，满足，满足其中，表示逐位异或，mod表示模运算；S6：将向量E
’
转化为M
×
N的矩阵C，使得C(i，j)＝E
’
(N(i
‑
1)+j)，C为密文图像；S7：引入向量W，且W(0)＝0，计算S7：引入向量W，且W(0)＝0，计算计算将W和C通过公共信道发送到接收方；所述图像解密算法包括以下步骤：S11：由密钥K生成伪随机序列S、U1和U2；S12：将接收到的辅助序列W依次作如下的变换：S12：将接收到的辅助序列W依次作如下的变换：S12：将接收到的辅助序列W依次作如下的变换：S13：将密文图像C按行展开为一维向量，记为H，长度为MN，其第i个元素记为H(i)；S14：将向量H与乱序后的S进行异或，得到的向量记为H
’
，满足，满足S15：将向量H
’
变换为向量Y；S16：将向量Y与向量S的对应位置元素进行异或运算，得到的向量记为Y
’
；S17：将向量Y
’
变换为M
×
N的矩阵R，使R(i，j)＝Y
’
(N(i
‑
1)+j)，R为解密后的图像。2.根据权利要求1所述的一种基于域算术的概率图像加密方法，其特征在于：在步骤S4中，将向量X加密为向量E，输入：向量X、伪随机数序列{mi}，i＝1，2，...，128，向量U1和U2，n＝257；输出：向量E；包括以下步骤：S41：引入向量D，长度为MN，令D(0)＝0，D(MN+1)＝0...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，李瑞友，
申请(专利权)人：江西财经大学，
类型：发明
国别省市：