基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密與解密方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密與解密方法，將待加密圖像SHA-1值和用戶選定的加密參數(shù)聯(lián)合作為密鑰，驅(qū)動廣義Henon映射對改進的用于位點置換的約瑟夫遍歷映射的起始位置、報數(shù)間隔和報數(shù)方向進行隨機擾動，從而使不同的加密圖像和加密參數(shù)實質(zhì)對應于不同的位點置換過程；該方法增強了各加密環(huán)節(jié)的耦合性，不同的待加密圖像啟動不同的加密過程，因而能有效地抵抗選擇性明文攻擊，且具有較大的密鑰空間，易于實現(xiàn)，成本較低。
【專利說明】基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密與解密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息安全、非線性動力學和數(shù)字圖像信號處理等交叉領(lǐng)域，涉及一種數(shù)字圖像比特位加密和解密方法，尤其涉及一種基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密與解密方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，伴隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的圖像在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，在給用戶提供方便的同時，也帶來了一系列的安全隱患。對圖像信息不當使用和惡意篡改，不僅會涉及個人隱私問題，也會給社會帶來嚴重的負面影響。保障圖像信息的核心技術(shù)是數(shù)字圖像加密。
[0003]目前典型的圖像加密方法，主要延續(xù)了 Fridrich J于1998年提出的置換和混淆加密結(jié)構(gòu)，所謂置換就是重新排列，將所有的元素按照映射規(guī)則映射到不同的位置；所謂混淆就是將元素值進行變換。
[0004]目前絕大多數(shù)的已公開的圖像加密方法主要是以像素為基本加密單位來進行置換和混淆操作，并且將置換和混淆作為松耦合的加密過程，由此攻擊者可選擇特殊圖像將置換和混淆拆解為兩個孤立的獨立過程，先通過特殊圖像使置換過程無效破解混淆過程，再通過特殊圖像跟蹤置換過程，揣測出置換參數(shù)，從而破解整個圖像加密方法。
[0005]為提高置換和混淆結(jié)構(gòu)的耦合性和提高加密效率，基于像素的比特位加密方法被廣為研究，對像素比特位的置換不僅能改變比特位的位置，同時也能對像素值進行混淆。但單純的比特位置換方法并不能實質(zhì)地提高加密方法的安全性，攻擊者依然可以構(gòu)造特殊待加密圖像，通過比特位跟蹤技術(shù)破解對應的圖像加密方法。
[0006]另外，傳統(tǒng)的基于非線性動力學模型的圖像加密方法，通常是采用排序來構(gòu)造置換，由此帶來了高昂的置換代價。
[0007]約瑟夫問題最早史見于猶太歷史學家Flavius Josephus的筆記,描述的是N個人圍成一圈，從第I個人開始報數(shù)，不斷淘汰第M個人，直至剩下最后I人的游戲。約瑟夫問題也被描述為其它形式，例如公主擇婿問題。
[0008]經(jīng)典的約瑟夫問題中僅含有2個參數(shù)，報數(shù)終值和人數(shù)。向德生等人將約瑟夫問題進行變形，添加了計數(shù)起點，并將其用于圖像的行列置換。經(jīng)典的約瑟夫問題易于使用數(shù)學歸納法進行破解，同時由于置換參數(shù)受限，生成置換的數(shù)量十分有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密與解密方法，對經(jīng)典的約瑟夫問題進行了改進，添加了隨機報數(shù)間隔和報數(shù)方向，從而進一步提高了置換生成數(shù)量和提高了置換生成的安全性。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:[0011]基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密方法,包括以下步驟:
[0012]第I 步:由用戶選定 as, bs, a1； b1； ad, bd, aM, bM且ad, as, a1； aM e (1.98, 2)，bd, bs, b1； bMe (-0.005,0) U (0,0.0084)作為用戶密鑰，選擇待加密圖像A= (Pi,」)mXn且Pi,」e [O, 255]和迭代元素序列長度11≥2000，將Pu按式(I)視為比特位串序列:
[0013]Pi, j —〈bi，丄0，IDi, j，”...，IDi,丄7> (I)
[0014]式(I)中，by，。為當前像素Pi,」的最低位，bi；J；7為當前像素的最高位；
[0015]第2步:記A的SHA-1值為Ssha^1 ,，將Ssha^1每4位2進制數(shù)看作I位16進制數(shù)，記其中每一位16進制數(shù)為Ssffiw [i]，i e {0，1，...，39}，將其按式(10)分為4組，依次記為G0, G1, G2, G3,每組長度為10 ；
【權(quán)利要求】
1.基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密方法，其特征在于包括以下步驟:
第 I 步:由用戶選定 as, bs, Ei1, b1； ad, bd, aM, bM且ad, as, a1； aM e (1.98, 2)，bd, bs, b1； bM e (-.0.005, 0) U (0,0.0084)作為用戶密鑰，選擇待加密圖像A= (Pi,Pmxn且Pi,」e [0，255]和迭代元素序列長度11≥2000，將Pu按式(I)視為比特位串序列:j 一 j bi； J；1,..., bi；J；7> (I) 式(I)中，為當前像素PiJ的最低位，bu，7為當前像素的最高位； 第2步:記A的SHA-1值為Ssffiw,，將Sn每4位2進制數(shù)看作I位16進制數(shù)，記其中每一位16進制數(shù)為SsHA i[i]，i G {0，1，...，39}，將其按式(10)分為4組，依次記為G0, G1, G2, G3,每組長度為10 ；
2.與權(quán)利要求1基于改進約瑟夫遍歷和廣義Henon映射的圖像加密方法對應的圖像解密方法，其特征在于包括以下步驟: 第I步:輸入密鑰as, bs, a1； b1； ad, bd, aM, bM,及Ssha^1 ,和迭代元素序列長度11,11≥2000，以及加密圖像A'； 第2步:根據(jù)SSHA_1;按式(10)計算Gtl, G1, G2, G3,按式(11)產(chǎn)生Henon映射初始值
【文檔編號】H04N1/32GK103929563SQ201410145368
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】邵利平, 郭毅, 楊璐 申請人:陜西師范大學