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专利号: 2015109204579
申请人: 陕西师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-04-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于包括以下步骤:第1步:记待加密图像为A=(ai,j)m×n且ai,j∈{0,1,…,255},设置加密次数t,t>0,初始迭代控制参数k=1,将A的SHA-1值转换为16进制数序列SSHA-1=,然后将SSHA-1首尾相接连成一个环,由用户确定不重复起点G0,G1,G2∈{0,1,2,...,39},将其映射为16进制数序列第2步:将映射为初始值Xinit,Yinit,Zinit;

第3步:将SSHA-1分割为16进制序列Hi,i=0,1,2,3,4,然后将Hi映射为10进制小数pi并归一化为Pi,从而将[0,1]划分为概率区间[0,P0),[P0,P1),[P1,P2),[P2,P3),[P3,P4),[P4,1];第4步:由用户选定的初始参数μ∈[3.57,4]和初始值Xinit,Yinit,Zinit映射得到的xinit产生偏移序列Sx=,并由Sx=和μ生成判断概率值P;第5步:由Xinit,Yinit,Zinit和用户选定的系统参数r,r>26,迭代产生3个混沌序列SX=,SY=和SZ=;第6步:将SX,SY,SZ中的2个元素映射为随机点(r0,v0),(r1,v1),(r2,v2);第7步:利用( r0 ,v0 ),( r1 ,v1 ),( r2 ,v2 )从待加密图像为A=( ai ,j )m×n筛选出像素式(2)中,fDecimal为16进制小数转换函数,将16进制序列转换成10进制小数,记H=Len,Len为H中16进制数的数量,则有式(3):

3.如权利要求1所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于第3步将SSHA-1分割为16进制序列Hi,i=0,1,2,3,4的具体方法为式(4)Hi=,i=0,1,2,3,4   (4)第3步将Hi映射为10进制小数pi的具体方法为式(5)pi=fDecimal(Hi),i=0,1,2,3,4   (5)第3步将pi归一化为Pi的具体方法为式(6)第4步由用户选定的初始参数μ∈[3.57,4]和初始值Xinit,Yinit,Zinit映射得到xinit的具体方法为式(7)xinit=(Xinit+Yinit+Zinit)/3   (7)第4步由用户选定初始参数μ∈[3.57,4]和xinit产生偏移序列Sx=的具体方法为式(8)xi+1=μxi(1-xi)   (8)第4步由Sx=和μ生成判断概率值P的具体方法为将x0 ,x1 ,x2带入式(9)产生x′init,然后再由x′init以及μ代入式(8)迭代1次产生判断概率值Px′init=(x0+x1+x2)/3   (9)。4.如权利要求1所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于第5步由Xinit,Yinit,Zinit和用户选定的系统参数r,r>26,迭代产生3个混沌序列SX=,SY=和SZ=的具体方法为式(10),其中σ=10,b=8/3式(10)中,xi依次取自Sx=,用于对式(10)产生随机扰动;第6步将SX ,SY,SZ中的2个元素映射为随机点(r0,v0),(r1 ,v1),(r2,v2)的具体方法是选取SX,SY,SZ第0个和第1个元素,将其按式(11)映射为随机点(r0,v0),(r1,v1),(r2,v2)式(11)中为向下取整运算符。5.如权利要求1所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于:第7步将映射为2进制串Bin的具体方法为式(12),式(12)中,fBinary

为十进制转二进制函数,“||”为比特位串连接操作符第7步判断落入概率区间的具体方法为式(13)

式(13)中v为变换参数,由SX中的第2个元素映射得到,L为Bin的长度,式(14)中,f0,f1 ,f2对应为3组比特位置换事件,f3,f4,f5对应为3组比特位混淆事件,其具体的操作如式(14)~式(19)所示,其中Bin=(b0b1…bL-1)2和Bout=(b′0b′1…b′L-1)2分别为长度为L的输入比特和输出比特流:式(14)中,Btemp为中间操作比特流,Cut( )为截断函数,Inv( )为逆置函数式(15)中,Exchange( )为相邻比特位交换函数f2:|Bout=Sample(Bin,v)   (16)式(16)中,Sample( )为间隔采样函数,即从v开始,f2每间隔v个比特位采样1个比特位,从而将Bin重排为Bout式(18)中,rrot为循环右移函数,上划线表示取反操作

式(19)中,lrot为循环左移函数。6.如权利要求1所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像加密方法,其特征在于:第9步利用SY和SZ中的剩余元素作为变换参数的具体方法为按式(20)和式(21)将SY和SZ中的剩余元素Y2和Z2映射为ls,lp∈[0,40),从而将SSHA-1从ls位置起,每间隔lp个样本值进行重采样映射,得到新的SHA-1值SSHA-1;

第11步将Xinit,Yinit,Zinit映射得到的μ″∈[3.57,4]的具体方法为式(22)μ″=0.43×(Xinit+Yinit+Zinit)/3+3.57   (22)第11步由x″,μ″进行全局加密的具体方法为将x″,μ″代入式(8)迭代产生mn个随机数,按式(23)量化后产生与加密图像等大的矩阵S″x=(x″i,j)m×n ,x″i∈{0 ,1 ,… ,255},按式(24)进行全局异或加密,其中“”为异或运算符xi+1=μxi(1-xi)   (8)式(23)中,o为量化前的随机数,o′为量化以后的随机数

7.与权利要求1相对应的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像解密方法,其特征在于包括以下步骤:第1步:由用户输入密钥r>26,μ∈[3.57,4],x″∈(0,1),SSHA-1值和用户给定的选择起点G0,G1,G2∈{0,1,…,39}以及加密次数t和加密图像C=(ci,j)m×n,并初始迭代控制参数k,置k=0;第2步:将G0 ,G1 ,G2映射为16进制数序列并将映射为初始值Xinit,Yinit,Zinit;第3步:由加密参数u和初始值Xinit,Yinit,Zinit映射得到的xinit产生偏移序列Sx>中第3k,3k+1,3k+2个元素x3k,x3k+1,x3k+2,然后将x3k,x3k+1,x3k+2的映射值作为x′init,用x′init以及μ生成判断概率值x′k;第4步:由Xinit,Yinit,Zinit和用户选定的系统参数r(r>26),迭代产生混沌序列SX>,SY>,SZ>中第3k,3k+1,3k+2个元素X3k,X3k+1,X3k+2,Y3k,Y3k+1,Y3k+2和Z3k,Z3k+1,Z3k+2;第5步:将Y3k+2和Z3k+2中的元素作为变换参数,从而将SSHA-1重映射后的值作为SSHA-1,置k=k+1;第6步:反复执行第2步~第5步,直到k=t可得到中间密钥集,SS=,其中SS(k-1)代表第k次更新所得到的SSHA-1,SX>=,SY>=和SZ>=以及Sx=,S′x=;第7步:若k=t,则将SS(k-1)映射为Xinit,Yinit,Zinit,将Xinit,Yinit,Zinit映射为μ″∈[3.57,4],利用μ″和x″将C=(ci,j)m×n进行全局解密为C′=(c′i,j)m×n;第8步:将SS(k-1)映射为16进制序列Hi,i=0,1 ,2,3,4,然后将Hi映射为10进制小数pi并归一化为Pi,从而将[0,1]划分为概率区间[0,P0),[P0,P1),[P1 ,P2),[P2,P3),[P3,P4),[P4,1];第9步:选取SX>,SY>,SZ>第3k-3和第3k-2个元素,将其映射为随机点(r0 ,v0),(r1 ,v1),(r2,v2);第10步:利用( r0 ,v0 ),( r1 ,v1 ),( r2 ,v2 )从加密图像为C′=( c′i ,j )m×n筛选出像素第3步由加密参数μ和初始值Xinit,Yinit,Zinit映射得到的xinit的方法为式(7)xinit=(Xinit+Yinit+Zinit)/3   (7)第3步由加密参数μ和xinit产生偏移序列SX>中第3k ,3k+1 ,3k+2个元素x3k,x3k+1 ,x3k+2具体方法为式(8)xi+1=μxi(1-xi)   (8)将x3k,x3k+1,x3k+2的映射值作为x′init的具体方法为式(25)x′init=(x3k+x3k+1+x3k+2)/3   (25)由x′init以及μ生成判断概率值x′k的具体方法为代入式(8)迭代1次产生判断概率值x′k;第4步由Xinit,Yinit,Zinit和用户选定的系统参数r(r>26),迭代产生混沌序列SX>,SY>,SZ>中第3k,3k+1,3k+2个元素X3k,X3k+1,X3k+2,Y3k,Y3k+1,Y3k+2和Z3k,Z3k+1,Z3k+2的具体方法为式(10),其中σ=10,b=8/3,xi取自Sx>中第3k,3k+1,3k+2个元素x3k,x3k+1,x3k+2用于对式(10)施加随机扰动第5步中由Y3k,Y3k+1,Y3k+2和Z3k,Z3k+1,Z3k+2中的元素作为变换参数将SSHA-1重映射为SSHA-1的具体方法为按式(26)和式(27)将Y3k+2和Z3k+2映射为ls∈[0 ,40)和lp∈[0 ,40),从而将SSHA-1从ls位置起,每间隔lp个样本值进行重采样映射,得 到新的SHA-1值SSHA-1将SSHA-1从ls∈[0,40)位置起,每间隔lp∈[0,40)个样本值进行重采样映射,得到新的SHA-1值SSHA-1,其中ls和lp分别进行确定。9.如权利要求7所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像解密方法,其特征在于:第7步将SS(k-1)映射为Xinit,Yinit,Zinit的具体方法为式(2)第7步将Xinit,Yinit,Zinit映射得到的μ″∈[3.57,4]的具体方法为式(22)μ″=0.43×(Xinit+Yinit+Zinit)/3+3.57   (22)第7步由x″,μ″进行全局解密的具体方法为将x″,μ″代入式(8)迭代产生mn个随机数,按式(23)量化后产生与加密图像等大的矩阵S″x=(x″i,j)m×n,x″i∈{0,1 ,…,255},按式(28)进行全局异或加密xi+1=μxi(1-xi)   (8)式(28)中,o为量化前的随机数,o′为量化以后的随机数

10.如权利要求7所述的一种基于概率区间划分和动态概率事件的图像解密方法,其特征在于:第8步将SS( k-1 )映射为16进制序列Hi ,i=0 ,1 ,2 ,3 ,4的具体方法为式(4 ),其中s8i ,s8i+1,…,s8i+7是SS(k-1)中的第8i,8i+1,…,8i+7个元素Hi=,i=0,1,2,3,4   (4)第8步将Hi映射为10进制小数pi的具体方法为式(5)pi=fDecimal(Hi),i=0,1,2,3,4   (5)第8步将pi并归一化为Pi的具体方法为式(6)第9步选取SX>,SY>,SZ>第3k-3和第3k-2个元素,将其映射为随机点(r0 ,v0),(r1 ,v1),(r2,v2)的具体方法为式(29)第10步将c′r0,v0,c′r1,v1,c′r2,v2映射为2进制串Bin的具体方法为式(30)第10步按判断概率值x′k-1所属的概率区间执行对应的概率加密事件,将Bin加密为输出比特位串Bout的具体方法为式(31),式(31)中的v由X3k-1量化得到v=(X3k-1×107)modL式(31)中,f′0,f′1,…,f′5执行的具体解密操作如式(32)~式(37)所示式(33)中,是Btemp前L-v个元素,是Btemp除前L-v个元素以外,剩余的v个元素

式(34)中,I1 ,I2是索引序列,Index( )用于产生索引序列Index(L)=<0 ,1 ,… ,L-1>,SampleIndex( )为间隔采样函数索引序列生成函数,即从v开始,每间隔v个比特位采样1个比特位所对应的比特位索引位置序列,Map( )为映射函数,执行的操作是将Bin中的比特位由I2中的索引映射到I1中的索引位置;式(36)中,上划线表示取反操作