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专利号: 2023103784359
申请人: 南通职业大学
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:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、将宽度为W、高度为H的彩色图像P分离成三个分量PR、PG、PB,并对三个分量进行水平拼接,得到一个像素矩阵M1=[PR,PG,PB];

S2、利用彩色图像的哈希值HV和一次性会话密钥SK,分别提取扩散混沌系统一的初始状态x1(1)、y1(1)和预迭代次数pre1,扩散混沌系统二的初始状态x2(1)、y2(1)和预迭代次数pre2,置乱混沌系统的初始状态x3(1)和预迭代次数pre3,初始向量混沌系统的初始状态x4(1)和预迭代次数pre4;

S3、利用扩散混沌系统一的初始状态x1(1)、y1(1)和预迭代次数pre1,扩散混沌系统二的初始状态x2(1)、y2(1)和预迭代次数pre2得到扩散混沌序列S1、S2、S3、S4,并量化、填充和转置处理后生成扩散密钥矩阵DKR、DKG、DKB;

S4、利用置乱混沌系统的初始状态x3(1)和预迭代次数pre3得到置乱混沌序列S5,并对四个空序列进行填充,得到置乱密钥SK1、SK2、SK3、SK4;

S5、利用初始向量混沌系统的初始状态x4(1)和预迭代次数pre4得到初始向量混沌序列S6,并对空序列进行填充,得到初始向量密钥IV;

S6、利用初始向量密钥IV,根据三个扩散密钥矩阵DKR、DKG、DKB和置乱密钥SK1对步骤S1中得到的像素矩阵M1同步进行水平方向上的置乱和垂直方向上的扩散,生成中间密文图像TC1;

S7、利用三个扩散密钥矩阵DKR、DKG、DKB和置乱密钥SK2对中间密文图像TC1同步进行垂直方向上的置乱和水平方向上的扩散,生成中间密文图像TC2;

S8、将中间密文图像TC2进行分割,并垂直方向上拼接成像素矩阵M2=[TC2(:,1:W);TC2(:,W+1:2W);TC2(:,2W+1:3W)];利用三个扩散密钥矩阵DKR、DKG、DKB和置乱密钥SK3对像素矩阵M2同步进行垂直方向上的置乱和水平方向上的扩散,生成中间密文图像TC3;

S9、利用三个扩散密钥矩阵DKR、DKG、DKB和置乱密钥SK4对中间密文图像TC3同步进行水平方向上的置乱和垂直方向上的扩散,生成中间密文图像TC4;

S10、将TC4分割后组合得到彩色密文图像C。

2.根据权利要求1所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤

2中,所述扩散混沌系统一、扩散混沌系统二采用两个二维超混沌系统组合生成用于扩散过程的伪随机序列,公式如下:所述置乱混沌系统采用用于置乱过程的伪随机序列的一维混沌系统,公式如下:2

x3(i+1)=sin(8*tan(3*x3(i) ‑1.5))  (3),所述初始向量混沌系统采用用于启动加密的初始化向量的一维混沌系统,公式如下:

3.根据权利要求1和2中任一项所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S2包括以下步骤:S2.1、调用安全哈希函数SHA‑256对步骤S1中得到的像素矩阵M1进行计算,得到相对应的256位哈希值HV;

S2.2、通过外部接口获取一个随机的长度为256位的伪随机序列Ke,并将其与哈希值HV进行比特级异或运算得到一次性会话密钥SK,公式如下:SK=bitxor(Ke,HV)  (5);

S2.3、利用公式(6)从一次性会话密钥SK中分别提取扩散混沌系统一的初始状态x1(1)、y1(1)和预迭代次数pre1,扩散混沌系统二的初始状态x2(1)、y2(1)和预迭代次数pre2,置乱混沌系统的初始状态x3(1)和预迭代次数pre3,初始向量混沌系统的初始状态x4(1)和预迭代次数pre4;

其中,bin2dec为二进制转十进制运算。

4.根据权利要求1所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S3包括以下步骤:S3.1、初始化四个空序列,将初始状态x1(1)、y1(1)和x2(1)、y2(1)分别输入扩散混沌系统一和扩散混沌系统二后分别经预迭代pre1和pre2次后,针对宽度为W、高度为H的彩色图像,按照公式(7)运行W*H次对四个空序列进行填充,得到扩散混沌序列S1、S2、S3、S4:S3.2、初始化三个空序列,按照公式(8)对扩散混沌序列S1、S2、S3、S4进行量化并填充,得到扩散密钥矩阵DKR,DKG,DKB:S3.3、扩散密钥矩阵DKR,DKG,DKB转置尺寸为W*H。

5.根据权利要求1所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S4包括以下步骤:S4.1、初始化一个空序列,将x3(1)输入置乱混沌系统经预迭代pre3次后继续,按照公式(9)运行4W+4H次对空序列进行填充,得到置乱混沌序列S5:S5={S5,x3(i)}(9)

其中,i=1,2,…,4W+4H‑1,4W+4H;

S4.2、初始化四个空序列,并根据公式(10)对置乱混沌序列S5进行填充,得到置乱密钥SK1、SK2、SK3、SK4:

6.根据权利要求1所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S5包括以下步骤:S5.1、初始化一个空序列,将x4(1)输入初始向量混沌系统经预迭代pre4次后,继续运行

3W次,并按照公式(11)对空序列进行填充,得到初始向量序列S6:S6={S6,x3(i)}(11),

其中i=1,2,…,3W‑1,3W;

S5.2、初始化一个空序列,根据公式(12)进行填充,得到初始向量密钥IV:

7.根据权利要求1所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S6包括以下步骤:初始化宽度为3W,高度为H的空矩阵,令TC1(0,:)=IV且将三个扩散密钥矩阵DKR,DKG,DKB水平拼接得到K1=[DKR,DKG,DKB],并按照公式(13)对图像的三个颜色分量PR、PG、PB之间进行水平方向上的置乱,并进行三个颜色分量PR、PG、PB内部垂直方向上的扩散生成中间密文图像TC1:

8.根据权利要求7所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S7包括以下步骤:初始化宽度为3W,高度为H的空矩阵,令TC2(:,0)=TC1(:,3W),按照公式(14)对图像三个颜色分量PR、PG、PB内部进行垂直方向上的置乱,并进行三个颜色分量PR、PG、PB之间水平方向上的扩散,生成中间密文图像TC2:

9.根据权利要求1所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S8包括以下步骤:S8.1、初始化一个空矩阵,将中间密文图像TC2分割成三等分,并在垂直方向上进行拼接后填充至M2,得到像素矩阵M2:M2=[TC2(1:W,:);TC2(W+1:2W,:);TC2(2W+1:3W,:)];

S8.2、初始化宽度为W,高度为3H的空矩阵,令TC3(:,0)=M2(:,W)且K2=[DKR,DKG,DKB],按照公式(15)对图像三个颜色分量PR、PG、PB之间进行垂直方向上的置乱,并进行三个颜色分量PR、PG、PB内部水平方向上的扩散,生成中间密文图像TC3:

10.根据权利要求1所述的基于向量化技术的彩色图像并行加密方法,其特征在于,步骤S9包括以下步骤:初始化宽度为W,高度为3H的空矩阵,令TC4(0,:)=TC3(3H,:),按照公式(16)对图像三个颜色分量PR、PG、PB内部进行水平方向上的置乱,并进行三个颜色分量PR、PG、PB之间垂直方向上的扩散,生成中间密文图像TC4: