CN105049176B - 用于图像数据安全传输的解密方法 - Google Patents
用于图像数据安全传输的解密方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请涉及一种用于图像数据安全传输的解密方法，包括以下步骤：获取加密文件；根据加密文件中的ECC密文结束标志从加密文件中获取加密的3D密钥和图像密文E；对加密的3D密钥进行ECC解密得到3D密钥；使用3D密钥对图像密文E进行3D混沌解密得到图像明文矩阵A。本申请的技术方案融合了混沌加密和ECC加密的优点，有效提高了传统图像加密方法的加密速度、加密效率和安全性。
Description
技术领域
本申请涉及图像加密处理，尤其涉及用于图像数据安全传输的解密方法。
背景技术
在网络技术高度发达的信息时代，图片作为一种重要的网络信息传输媒介，被广泛应用于医学、军事、社交等领域，其传输过程的安全问题日益凸显。图像信息不同于文本信息，具有其自身信息特色，如相关性强、大数据量、高冗余度等。
目前常用的混沌图像加密传输系统简单地利用线性混沌序列对图像序列进行混沌加密，这种方法对图像的相关性破坏较差，抗重构和抗破坏攻击性较弱。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供用于图像数据安全传输的解密方法。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种用于图像数据安全传输的解密方法，包括以下步骤：
获取加密文件；
根据加密文件中的ECC(Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学)密文结束标志从加密文件中获取加密的3D密钥和图像密文E；
对加密的3D密钥进行ECC解密得到3D密钥；
使用3D密钥对图像密文E进行3D混沌解密得到图像明文矩阵A。
本申请的实施例提供的技术方案融合了混沌加密和ECC加密的优点，有效提高了传统图像加密方法的加密速度、加密效率和安全性；
其中，对所述加密的3D密钥进行ECC解密得到3D密钥包括以下步骤：
生成椭圆曲线参数Ep(a，b)、基点G和公钥K；
采用椭圆曲线参数Ep(a，b)、基点G和公钥K对所述加密的3D密钥进行ECC解密，得到3D密钥：x0，y0，z0，K1，K2，K3；
其中，使用所述3D密钥对所述图像密文E进行3D混沌解密得到图像明文矩阵A包括以下步骤：
使用x0，y0，z0建立3D混沌系统模型如下：
ε′＝CTx′
设置A＝(E xor YT+E·X)·Z，其中：
Xi＝(integer(xi×K1)modN)
Yi＝(integer(yj×K2)modM)
Zi＝(integer(zk×K3)mod256)
式中，2.77＜γ＜3.0，0＜β＜0.18，0＜α＜0.02，0＜δ＜0.02，xi，yj，zk为3D混沌系统输出的x，y，z方向的随机序列，0<i<N，0<j<M，0<k<M×N，M为图像密文E的行数，N为图像密文E的列数，ε为时间校验控制量，C为系统时间校对间隔控制矩阵，L为校对增益，通过选择适当的L使得所述加密文件的接收方与所述加密文件的发送方实现同步校对，校对过程中让limn→∞||ε′-ε||＝0，Xi，Yi，Zi为矩阵X，Y，Z的第i个元素；
其中，根据所述加密文件中的ECC密文结束标志从所述加密文件中获取加密的3D密钥和图像密文E包括以下步骤：
确定所述加密文件中的ECC密文结束标志；
提取所述加密文件中在所述ECC密文结束标志之前的内容为加密的3D密钥，提取所述加密文件中在所述ECC密文结束标志之后的内容为图像密文E；
其中，对图像明文矩阵A进行3D混沌解密还包括对图像密文E进行解压缩解码。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1示出了根据本发明实施例的用于图像数据安全传输的加密方法的流程图；
图2示出了根据本发明优选实施例的用于图像数据安全传输的加密方法的流程图；
图3示出了根据本发明实施例的用于图像数据安全传输的解密方法的流程图；
图4示出了根据本发明优选实施例的用于图像数据安全传输的解密方法的流程图；
图5示出了根据本发明优选实施例的用于图像数据安全传输的流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
图1示出了根据本发明实施例的用于图像数据安全传输的加密方法的流程图，包括以下步骤：
步骤S10，获取图像明文矩阵A；
步骤S20，对图像明文矩阵A进行3D混沌加密得到图像密文E；
步骤S30，对3D混沌加密的3D密钥进行ECC加密；
步骤S40，将ECC加密的3D密钥与图像密文E共同生成加密文件，用于传输。
目前常用的混沌图像加密传输系统简单地利用线性混沌序列对图像序列进行混沌加密，这种方法对图像的相关性破坏较差，抗重构和抗破坏攻击性较弱，另外，由于没有考虑到实际软硬件环境对混沌效应稳定性的影响，混沌加密通信传输过程中混沌系统的混沌状态稳定性较差；图像加密传输过程中缺乏对混沌密钥的有效管理，导致混沌图像加密传输系统经常发生密钥泄露的问题。
而本实施例中融合了混沌加密和ECC加密的优点，有效提高了传统图像加密方法的加密速度、加密效率和安全性。该图像加密传输方法，有效地提高了加密速度、抗空间重构的攻击、基于回归映射攻击性能强，具有非常高的安全性能。为网络图像信息交互提供了一个稳定可靠的图像数据加密传输方案。
图2示出了根据本发明优选实施例的用于图像数据安全传输的加密方法的流程图。
优选地，如图2所示，步骤S20包括以下步骤：
A)启动3D混沌加密进程，包括：
a.随机生成3D密钥种子x0，y0，z0，其中，0＜x0＜1，0＜y0＜1，0＜z0＜1，并使用x0，y0，z0初始化3D混沌系统，使用的3D混沌系统模型如下：
ε＝CTxi
其中，2.77＜γ＜3.0，0＜β＜0.18，0＜α＜0.02，0＜δ＜0.02，xi，yj，zk为3D混沌系统输出x，y，z方向的随机序列，0<i<N，0<j<M，0<k<M×N，M为明文矩阵A的行数，N为明文矩阵A的列数，ε为时间校验控制量，C为系统时间校对间隔控制矩阵；
b.对图像明文矩阵A进行3D混沌加密，包括：
设置E＝(A xor XT+A·Y)xor ZT，其中：
Xi＝(integer(xi×K1)modN)
Yi＝(integer(yj×K2)modM)
Zi＝(integer(zk×K3)mod256)
式中，Xi，Yi，Zi为矩阵X，Y，Z的第i个元素，K1，K2，K3为随机整数，M，N为图像明文矩阵A的行数和列数；
c.对3D混沌加密后的图像密文E进行压缩编码，其中包括：
设置Z＝C(E)，其中C表示图像压缩编码算法，可以是jpg或者png图像压缩编码算法。
优选地，如图2所示，步骤S30包括：
B)启动ECC加密进程，包括：
a.获取图像接收方椭圆曲线参数Ep(a，b)、基点G和公钥K；
b.对3D混沌加密密钥进行ECC加密，包括：
设置K3D＝x0||y0||z0||K1||K2||K3；
执行BCH编码算法将K3D编码到Ep(a,b)上的点E3D；
产生随机大整数r；
设置C1＝E3D+rK，C2＝rG，其中rK和rG为椭圆曲线标量乘运算。
优选地，步骤S40包括以下步骤：
A)创建二进制文件imgname.en，其中文件名与获取图像的文件名一致，后缀以.en结尾；
B)将C1，C2转换为二进制写入文件imgname.en中，并在最后写入ECC密文结束标志0；
C)将3D混沌加密后的图像密文E以追加方式写入imgname.en；
D)通过网络将imgname.en发送给图像接收方，就其具体的发送和传输方式，本申请不加以限制。
图3示出了根据本发明实施例的用于图像数据安全传输的解密方法的流程图，包括以下步骤：
步骤S15，获取加密文件；
步骤S25，根据加密文件中的ECC密文结束标志从加密文件中获取加密的3D密钥和图像密文E；
步骤S35，对加密的3D密钥进行ECC解密得到3D密钥；
步骤S45，使用3D密钥对图像密文E进行3D混沌解密得到图像明文矩阵A。
本实施例对应于上述实施例中的加密方法，解压解码方法采用与加密过程中编码压缩方法对应的方法，可以是jpg或者png图像解压解码算法，其中融合了混沌加密和ECC加密的优点，有效提高了传统图像加密方法的加密速度、加密效率和安全性。
图4示出了根据本发明优选实施例的用于图像数据安全传输的解密方法的流程图。
优选地，如图4所示，步骤S35包括以下步骤：
a)生成椭圆曲线参数Ep(a，b)、基点G和公钥K；
b)采用椭圆曲线参数Ep(a，b)、基点G和公钥K对所述加密的3D密钥进行ECC解密，得到3D密钥：x0，y0，z0，K1，K2，K3。
优选地，对所述加密的3D密钥进行ECC解密包括：
A)从密文文件imgname.en中提取C1，C2；
B)设置E3D＝C1-kC2，其中E3D为经过BCH编码的3D混沌加密密钥组合值；
C)通过BCH解码算法对E3D进行解码得到3D混沌加密密钥组合值K3D；
D)从K3D中通过二进制移位法提取3D混沌加密密钥x0，y0，z0，K1，K2，K3。
优选地，步骤S45包括以下步骤：
A)使用x0，y0，z0初始化3D混沌系统，使用的3D混沌系统模型如下：
ε′＝CTx′
其中，2.77＜γ＜3.0，0＜β＜0.18，0＜α＜0.02，0＜δ＜0.02，xi，yj，zk为3D混沌系统输出x，y，z方向的随机序列，0<i<N，0<j<M，0<k<M×N，M为图像密文E的行数，N为图像密文E的列数，ε为时间校验控制量，C为系统时间校对间隔控制矩阵，L为校对增益，通过选择适当的L使得该系统与加密3D混沌系统实现同步校对，校对过程中让limn→∞||ε′-ε||＝0。
B)对图像密文E进行3D混沌解密，包括：
设置A＝(E xor YT+E·X)·Z，其中：
Xi＝(integer(xi×K1)modN)
Yi＝(integer(yj×K2)modM)
Zi＝(integer(zk×K3)mod256)
式中，Xi，Yi，Zi为矩阵X，Y，Z的第i个元素，K1，K2，K3为随机整数，M，N为图像密文E的行数和列数。
图5示出了根据本发明优选实施例的用于图像数据安全传输的流程图，包括：图像发送方：首先从图像文件中获取图像明文A，然后对A执行3D混沌加密得到3D混沌加密图像密文E，并对E进行压缩编码得到压缩编码后的3D混沌加密密文Z；同时系统执行ECC加密，对3D混沌加密密钥x0，y0，z0，K1，K2，K3的组合二进制数K3D进行加密得到密文C1，C2；最后生成带有密钥的加密文件imgname.en，通过网络发送到图像接收方。图像接收方：通过网络接收图像发送方的加密文件imgname.en，提取ECC密文C1，C2，对其进行ECC解密得到x0，y0，z0，K1，K2，K3，提取压缩编码后的3D混沌加密密文Z，对其进行解压缩解码得到3D混沌加密密文E，最后对E执行3D混沌解密得到图像明文A。
与现有技术相比，本发明上述实施例的优点在于：
1.该方法融合了混沌加密和ECC加密的优点，有效提高了传统图像加密方法的加密速度、加密效率和安全性；
2.该方法通过构建3D混沌系统解决了一维混沌系统加密对图像相关性破坏不强的问题；
3.该方法通过在3D混沌加密系统中设计时间校验机制，对加密方和解密方的3D混沌系统进行时间同步校验和纠正，有效防止了混沌系统运行过程中随时间变化混沌效应和稳定性的下降；
4.在加密图像和3D混沌密钥传输过程中通过ECC加密算法对3D混沌加密密钥进行加密传输，有效提高了3D混沌密钥传输安全性和可靠性，提高了图像传输安全性。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (1)
1.一种用于图像数据安全传输的解密方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取加密文件；
根据所述加密文件中的ECC(Elliptic Curves Cryptography，椭圆曲线密码编码学)密文结束标志从所述加密文件中获取加密的3D密钥和图像密文E；
对所述加密的3D密钥进行ECC解密得到3D密钥；
使用所述3D密钥对所述图像密文E进行3D混沌解密得到图像明文矩阵A；
其中，对所述加密的3D密钥进行ECC解密得到3D密钥包括以下步骤：
生成椭圆曲线参数Ep(a，b)、基点G和公钥K；
采用椭圆曲线参数Ep(a，b)、基点G和公钥K对所述加密的3D密钥进行ECC解密，得到3D密钥：x0，y0，z0，K1，K2，K3；
其中，使用所述3D密钥对所述图像密文E进行3D混沌解密得到图像明文矩阵A包括以下步骤：
使用x0，y0，z0建立3D混沌系统模型如下：
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ε′＝CTx′
设置A＝(ExorYT+E·X)·Z，其中：
Xi＝(integer(xi×K1)modN)
Yi＝(integer(yj×K2)modM)
Zi＝(integer(zk×K3)mod256)
式中，2.77＜γ＜3.0，0＜β＜0.18，0＜α＜0.02，0＜δ＜0.02，xi，yj，zk为3D混沌系统输出的x，y，z方向的随机序列，0<i<N，0<j<M，0<k<M×N，M为图像密文E的行数，N为图像密文E的列数，ε为时间校验控制量，C为系统时间校对间隔控制矩阵，L为校对增益，通过选择适当的L使得所述加密文件的接收方与所述加密文件的发送方实现同步校对，校对过程中让limn→∞||ε′-ε||＝0，Xi，Yi，Zi为矩阵X，Y，Z的第i个元素；
其中，根据所述加密文件中的ECC密文结束标志从所述加密文件中获取加密的3D密钥和图像密文E包括以下步骤：
确定所述加密文件中的ECC密文结束标志；
提取所述加密文件中在所述ECC密文结束标志之前的内容为加密的3D密钥，提取所述加密文件中在所述ECC密文结束标志之后的内容为图像密文E；
其中，对图像明文矩阵A进行3D混沌解密还包括对图像密文E进行解压缩解码。
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