CN102663282B - 一种数据加解密方法以及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数据加/解密装置以及方法。其中加密装置包括：数据的矩形生成模块，用于依据数据的总字节数生成矩形，矩形的长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成多个小格，将所述总字节按照规律均匀分布于每个小格；矩形内接图形生成模块，用于确定矩形内接图形参数，并根据所述内接参数确定内接图形；数据加密模块，用于对矩形和内接图形交集的数据进行加密，所述交集指内接图形轨迹所经过的矩形中的小格。本发明降低了加解密计算的复杂度，改善了数据加解密的实时响应性能。

Description

一种数据加解密方法以及装置

技术领域

本发明涉及数据加解密技术领域，特别涉及一种数据加解密方法以及装置。

背景技术

一直以来，数字媒体的传播就面临着被盗版的问题，尤其在互联网环境下，这一问题尤其严重。因此，数字媒体的所有者和发行方采取各种手段，防止或延缓具有正规版权数字媒体的非法扩散和传播，以保护自身的利益。

传统的一种控制方式是采取控制发行渠道的方法，其中在数字内容中内嵌数字指纹。针对不同的购买者，数字指纹是不同的。一旦发现内容盗版，通过对数字指纹的鉴别，即可得知散播源头。但是这种方式如果要具备足够的加密强度，必须对数字指纹运用较复杂的算法。

另外一种方式是对内容进行加密，采取密码学中的加密方法，如采用AES、DES算法等，对内容进行加密，在分发或传播过程中传递的是加密内容，在接收者拿到该加密内容后，再从发布中心或其他类似机构获取解密密钥，进行解密处理。这种方式的加解密运算复杂度也较高。

在目前网络环境下，衡量内容加密/解密算法的一个指标是算法的实时性能，以前的加密方式所采用的加密和解密算法运算复杂度较高，在轻量级设备上解密压缩数据尤其是解密压缩视频数据时存在解密实时性响应问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种数据加密/解密方法及装置。

第一方面，本发明提供一种数据加密装置。所述装置包括：数据的矩形生成模块，用于依据数据的总字节数生成矩形，矩形的长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成多个小格，将所述总字节按照规律均匀分布于每个小格；矩形内接图形生成模块，用于确定矩形内接图形参数，并根据所述内接参数确定内接图形；数据加密模块，用于对矩形和内接图形交集的数据进行加密，所述交集指内接图形轨迹所经过的矩形中的小格。

又一方面，本发明提供一种数据解密装置。所述装置包括：数据的矩形恢复模块，用于数据的矩形恢复，依据数据的矩形标识或者依据数据的总字节数确定矩形的长和宽，使得长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成多个小格，所述多个小格的数量等于数据的总字节数或者总字节数与1之和，将所述总字节按照规律均匀分布于每个小格；数据解密模块，用于加密字节进行解密，将解密后的字节替换矩形内小格中的加密字节。

另一方面，本发明提供一种数据加密方法，所述方法包括：依据数据的总字节数确定矩形，使得长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成多个小格，将所述总字节按照规律均匀分布于每个小格；确定矩形内接图形参数，并根据所述内接参数确定内接图形；对矩形和内接图形交集的数据进行加密，所述交集指内接图形轨迹所经过的矩形中的小格。

再一方面，本发明提供一种数据解密方法，所述方法包括：依据数据的矩形标识确定矩形的长和宽，所述矩形被划分成多个小格，所述多个小格的数量等于数据的总字节数或者总字节数与1之和，依据字节的分布规律将字节分布到相应的小格中；对加密字节进行解密，将解密后的字节替换矩形内小格中的加密字节。

本发明降低了数据加解密计算的复杂度，改善了数据加解密实时响应的性能。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1是本发明实施例一的数据加密流程示意图；

图2是本发明实施例一数据的矩形长宽确定示意图；

图3是本发明实施例一的数据的矩形以及内接椭圆示意图；

图4是本发明实施例一的确定椭圆轨迹与矩形内方格交集的示意图；

图5是本发明实施例一的数据解密恢复流程示意图；

图6是本发明实施例二的尺寸为72的压缩图像数据加密示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的描述。本发明提供的数据加密/解密方法包括：数据加密方法、解密参数传递方法和数据解密方法。要说明的是所述的数据可以是普通数据，也可以是压缩图像数据、压缩视频数据或者其他类型的数据。

图1是本发明实施例一的数据加密流程示意图。如图1所示，在步骤100，依据数据生成矩形。具体地说，依据数据的总字节数确定矩形的长和宽，使得长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成小格，所述多个小格的数量等于所述总字节数或者总字节数与1之和；将所述总字节按照一定的规律均匀分布于每个小格；

上述的规律可以是从左到右，从上到下，逐行分布，也可以是从左到右，从上到下，逐列分布；或者是其它的规律，在此不做限定。

上述每个小格可以是边长为1的正方形方格，每个正方形方格存放一个字节。这只是一种优选方式，也可以让每个小格是一个小矩形方格，例如长和宽分别为1和2的小矩形方格，每个该小矩形方格存在2个字节。前述的小格以及每个小格的存放字节数也可以采取其他的方式，在此不做限定。

矩形生成的实施过程可以参见图2。在图2中，依据压缩图像总字节数确定矩形的长和宽的过程具体为：设总字节数为n，首先判定n是否为素数。如果是素数，则对n实施加1操作(n＝n+1)。然后，对n进行因式分解，确定最佳的两个因子a和b，使在所有因式分解中a和b的差最小。为便于表述，假定a大于等于b，将a和b分别作为矩形的长度和宽度。要说明的是：上述得到的a，b作为矩形的长度和宽只是一种优选方式，差值不是最小的分解因子c和d也可以使用，在此不做限定。

在步骤102，确定矩形内接图形参数，并根据所述内接参数确定内接图形。

矩形内接图形参数生成步骤指在确定内接图形情况下，确定内接图形参数的过程。图3给出了内接图形为内切椭圆的情形。由矩形的长和宽分别得到椭圆的长径和短径，即长径和短径分别为a/2、b/2。然后根据椭圆的标准方程即可画出内接于矩形的椭圆。

要说明的是，上述将内切椭圆作为矩形内接图形只是一种优选方式，也可以采取其他的内接图形形式，例如双曲线，锥线等等。在此不做限定。

在步骤104，对矩形和内接图形交集的数据进行加密，所述交集指内接图形轨迹所经过的矩形中的小格。

计算椭圆轨迹经过的矩形上各个小格的坐标。为方便叙述，以计算椭圆轨迹经过的矩形上各个正方形方格的坐标为例进行说明，但是这不能构成对本发明实施例的限制。如图4，为方便表述，假定每个正方形方格(以下简称方格)的坐标就是该正方形方格左下角那个顶点的坐标，例如矩形的左下角那个方格坐标为(0，0)，则该方格紧邻上方方格的坐标为(0，1)，该方格紧邻右斜上方方格的坐标为(0，1)，该方格紧邻右方方格的坐标为(1，0)，等等。从而得到所有方格坐标的集合S。并且得到上述交集中方格坐标集合S’。

这样，就可以得到所有字节与坐标的对应关系。该对应关系在解密恢复原始数据时会起到重要作用。

然后对矩形和内接图形交集的数据进行加密，即对坐标集合S’中的每个元素对应的方格中的字节，依据加密算法对其加密。所述的加密算法可以是使用相应密钥加密，或者是字节求反等算法，在此不做限定。

为了使得解密端能够恢复原始数据，除了要将经过部分加密的原始数据传送给解密端之外，还需要一种解密参数传递方法，该方法可以采用现有的数据传送方法进行，例如，在传递解密参数之前，接收端/解密端和发送端/加密端在相互建立信任关系的基础上，建立安全信道。然后借助所述安全通道将解密方法标识、解密密钥、矩形标识、正方形方格的边长、字节坐标对应关系等参数传递给接收端/解密端。

图5是本发明实施例一的数据解密恢复流程示意图。

如图5，数据解密恢复流程包括：

步骤500，数据的矩形恢复。

解密端根据接收到的全部数据的总字节数确定矩形的长度和宽度，如果默认是前述最优因子的a和b，则只需要借助前述的对总字节数进行因式分解并取相差最小的那组因子即可，即不需要加密端另外再传递关于矩形长宽的标识，反之，则需要借助加密端传递的关于矩形长宽的标识来构建矩形。

然后，将矩形分解成尺寸与数据加密流程中多个小格。为方便叙述以边长为1的正方形方格为例进行说明，但是这不能构成对本发明实施例的限制。所述方格的个数等于数据的总字节数或者总字节数与1之和。将接收的全部数据按照加密端传递的分布规律标识指示的分布规律分布于上述方格中。

步骤502，对加密字节进行解密。

按照加密端提供的加密字节所在的坐标集合S’，用加密端提供的解密密钥或者解密方法对加密字节进行解密。

步骤504，恢复原始数据。

在数据的矩形的相应方格中将解密后的字节替代原先的字节，这样就可以得到原始的数据矩形。实质上也就恢复了原始数据。

本发明实施例一取得了下列有益效果：计算复杂度低；适用于轻量级的CPU以软件方式进行解密处理。

目前，对于压缩视频数据的加解密性能要求很高，下面将以实施例二来进一步展示本发明在实际应用中能够带来的效果。

对于压缩视频数据，其一般包括I帧，P帧和B帧。在通常情况下，P、B帧均需要依赖I帧才能完成正确的解码。也就是说I帧是很重要的帧。因此，可以考虑在对压缩视频数据进行加解密时，不对P、B帧加密，仅仅对I帧进行部分加密，这种方法将显著地降低加密的复杂度。此时可将上述I帧看成是一种压缩图像。

实施例二

假定I帧的尺寸为72，即数据为72字节。以此来说明本发明提供的压缩图像数据加密/解密方法。

(1)首先描述一下加密过程：

经过矩形生成步骤，72的因式分解后可得到(72，1)、(36，2)、(18，4)、(9，8)，从中选择(9，8)，作为矩形的长和宽对，即找到了a和b。并将矩形分成72个正方形方格。将72个字节按照前述的一定规律均匀分布于上述72个方格中。按照前述的计算坐标的方法，每个方格都具有自己的坐标，例如(0，0)，(0，1)，......，(0，8)；(0，0)，(1，0)，......，(1，7)，等等。

下一步是找到该矩形的内接椭圆，如图3所示。由a＝9、b＝8可知椭圆中心为(4.5，4)，得到椭圆方程见图3。

求出矩形与内接椭圆的交集，如图4右侧图。

交集对应的方格中的字节，即为需加密的字节。

从图4中可以看出：交集对应的方格的坐标集合为S’：{(0，1)，(0，2)，(0，3)，(0，4)，(0，5)，(0，6)，(9，1)，(9，2)，(9，3)，(9，4)，(9，5)，(9，6)，(1，0)，(2，0)，(3，0)，(4，0)，(5，0)，(6，0)，(7，0)，(1，7)，(2，7)，(3，7)，(4，7)，(5，7)，(6，7)，(7，7)，(1，6)，(7，6)，(1，1)，(7，1)}

假定采取加密的方法为对字节，为方便叙述，假定字节长度为4bit。求反法，如图6所示，左侧为原数据，对字节求反后，见右侧图。图6中的左侧数据10，8，7，6，5，10，9是示例性的，经过字节求反后得到右侧数据5，7，8，9，11，5，6。字节求反的一个例子如下，例如对于十进制10，其二进制是1010，求反时对各个bit逐位求反得到0101，换成十进制就是5。

经过上述处理，实际上已经得到字节与坐标之间的对应关系。例如坐标(7，7)对应6，坐标(1，7)对应5，等等。

(2)数据接收方和发送方通信，建立安全信道，得到如下参数：解密方法标识、矩形标识、分布规律、坐标字节对应关系、正方形方格长度。以此方式得知解密方法为字节求反，解密密钥为空，矩形长宽为9和8，内接图形为椭圆，正方形方格长度为1。

(3)解密恢复数据。

根据坐标字节关系将数据按照发送方告知的分布规律分布于矩形的各个方格中，对于加密字节采用字节求反的方式将其解密，并用解密后的值替代原来的值。得到原始的数据的矩形。实质上就恢复了原始数据。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种数据加密装置，其特征在于，所述装置包括：

数据的矩形生成模块，用于依据数据的总字节数生成矩形，矩形的长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成多个小格，将所述总字节按照规律均匀分布于每个小格；

矩形内接图形生成模块，用于确定矩形内接图形参数，并根据所述内接参数确定内接图形；

数据加密模块，用于对矩形和内接图形交集的数据进行加密，所述交集指内接图形轨迹所经过的矩形中的小格。

2.一种如权利要求1的数据加密装置，其特征在于，所述数据是图像数据。

3.一种如权利要求1或2的数据加密装置，其特征在于，所述小格是正方形方格或者小矩形方格。

4.一种数据解密装置，其特征在于，所述装置包括：

数据的矩形恢复模块，用于数据的矩形恢复，依据数据的矩形标识或者依据数据的总字节数确定矩形的长和宽，使得长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成多个小格，所述多个小格的数量等于数据的总字节数或者总字节数与1之和，将所述总字节按照规律均匀分布于每个小格；

数据解密模块，用于加密字节进行解密，将解密后的字节替换矩形内小格中的加密字节。

5.一种如权利要求4的数据解密装置，其特征在于，所述数据是图像数据。

6.一种如权利要求4或5的数据解密装置，其特征在于，所述小格是正方形方格或者小矩形方格。

7.一种数据加密方法，其特征在于，所述方法包括：

依据数据的总字节数确定矩形，使得长和宽的乘积等于所述的总字节数或者总字节数与1之和，所述矩形被划分成多个小格，将所述总字节按照规律均匀分布于每个小格；

确定矩形内接图形参数，并根据所述内接参数确定内接图形；

对矩形和内接图形交集的数据进行加密，所述交集指内接图形轨迹所经过的矩形中的小格。

8.一种如权利要求7的数据加密方法，其特征在于，所述数据是图像数据。

9.一种如权利要求7或8的数据加密方法，其特征在于，所述小格是正方形方格或者小矩形方格。

10.一种数据解密方法，其特征在于，所述方法包括：

依据数据的矩形标识确定矩形的长和宽，所述矩形被划分成多个小格，所述多个小格的数量等于数据的总字节数或者总字节数与1之和，依据字节的分布规律将字节分布到相应的小格中；

对加密字节进行解密，将解密后的字节替换矩形内小格中的加密字节。

11.一种如权利要求10的数据加密方法，其特征在于，所述数据是图像数据。

12.一种如权利要求10或11的数据加密方法，其特征在于，所述小格是正方形方格或者小矩形方格。