CN105376053B - 基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法，将待处理图像转换为BMP格式图像，将BMP格式图像转换为n位十六进制数据，n由BMP格式图像的大小决定，将n位十六进制数据由低位到高位依次进行分组，每64位作为一组十六进制数据，如果一组十六进制数据不足64位，则其高位用0补充，得到m组64位十六进制数据，将第1组64位十六进制数据至第m组64位十六进制数据的高位均用0补充，得到第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据，k为r的整数倍，其中r表示Keccak杂凑算法中的比特率，r为224、256、384和512之一，由此得到符合Keccak杂凑算法输入数据格式的数据，采用Keccak杂凑算法得到hash值输出；优点是具有较高的单向性、随机性、长度可变性以及安全性。

Description

基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法
技术领域
本发明涉及一种图像密钥生成方法，尤其是涉及一种基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法。
背景技术
随着近代计算机通信网络的开放性、共享性以及互联程度的日益扩大，通信技术得到了快速的发展并且应用非常广泛，信息的安全传输显得尤为重要。密码算法在信息安全领域发挥着至关重要的作用，是保证信息安全传送最有效的方法，其中分组密码和流密码是应对现代通信中信息安全威胁最有效最常用的方法。分组密码是对固定长度的消息进行加密操作，高级加密标准(AES)因其复杂的数学结构，是目前安全性最高的分组密码算法，广泛应于到各种加密系统当中。而流密码则是比特级的加密操作，将产生的密钥流与需要进行加密的明文数据进行逐比特的异或操作，其安全强度取决于流密钥的生成算法，依赖于流密钥的伪随机性以及不可预测性。这种密码体制具有良好的硬件实现性能，主要应用于军事国防以及外交信息的安全处理当中。在使用密码算法对信息进行安全处理的过程中，初始密钥及流密钥的生成与选择对其安全性有着举足轻重的影响。
Hash函数又称哈希函数或者杂凑函数，是现代密码学中最基本的模块之一，以任意长度的消息值作为输入，生成固定长度的Hash值。杂凑函数在数字签名、文件校验、鉴权协议以及流密钥产生、伪随机序列生成、流密码等方面有着广泛的应用。自从2004年密码学家王小云教授宣布攻破目前常用的Hash函数—MD5算法以来，美国国家标准与技术研究所(NIST)于2007年宣布一项公开的征集杂凑函数新标准—SHA-3(第三代杂凑函数)的活动，2012年10月2日Keccak杂凑算法(即SHA-3算法)凭借着其新颖的Sponge结构迭代设计方法、较强的安全性能以及良好的实现方法成为第三代杂凑函数标准。
鉴此，设计一种基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法来提高图像密钥的单向性、随机性、长度可变性以及安全性具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法，采用该方法生成的图像密钥具有较高的单向性、随机性、长度可变性以及安全性。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法，包括以下步骤：
①将待处理图像转换为BMP格式图像；
②将BMP格式图像转换为n位十六进制数据，n由BMP格式图像的大小决定；
③将n位十六进制数据由低位到高位依次进行分组，每64位作为一组十六进制数据，如果一组十六进制数据不足64位，则其高位用0补充，由此得到m组64位十六进制数据，m为大于等于1的整数，m组64位十六进制数据从低位到高位依次记为第1组64位十六进制数据，第2组64位十六进制数据，…，第m组64位十六进制数据；
④将第1组64位十六进制数据至第m组64位十六进制数据的高位均用0补充，得到第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据，k为r的整数倍，其中r表示Keccak杂凑算法中的比特率，r为224、256、384和512之一；
⑤从第1组k位64位十六进制数据开始，将第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据作为Keccak杂凑算法的输入消息值，依次输入Keccak杂凑算法中，得到Keccak杂凑算法输出的hash值，该hash值即为图像密钥。
与现有技术相比，本发明的优点在于首先将待处理图像转换为BMP格式图像；将BMP格式图像转换为n位十六进制数据，n由BMP格式图像的大小决定；将n位十六进制数据由低位到高位依次进行分组，每64位作为一组十六进制数据，如果一组十六进制数据不足64位，则其高位用0补充，由此得到m组64位十六进制数据，m为大于等于1的整数，m组64位十六进制数据从低位到高位依次记为第1组64位十六进制数据，第2组64位十六进制数据，…，第m组64位十六进制数据；将第1组64位十六进制数据至第m组64位十六进制数据的高位均用0补充，得到第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据，k为r的整数倍，其中r表示Keccak杂凑算法中的比特率，r为224、256、384和512之一；由此将待处理图像转换为符合Keccak杂凑算法输入数据格式的数据，再采用Keccak杂凑算法对转换得到的数据进行处理，最后得到hash值输出，该hash值即为图像密钥，该图像密钥具有较高的单向性、随机性、长度可变性以及安全性，经实验验证，采用本发明的方法生成的图像密钥空间最小可达2224，图像密钥随机性最小可达97.7％。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明实施例中采用的随机拍摄图；
图3为本发明实施例中采用的随机拍摄图的修改图；
图4为采用本发明的方法对图2随机拍摄图生成的密钥图像；
图5为采用本发明的方法对图3随机拍摄图的修改图生成的密钥图像；
图6为图4的密钥像素直方分布图；
图7为图5的密钥像素直方分布图；
图8为图4的0-1概率分布图；
图9为图5的0-1概率分布图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例：如图1所示，一种基于Keccak杂凑算法的图像密钥生成方法，包括以下步骤：
①待处理图像转换为BMP格式图像；
②将BMP格式图像转换为n位十六进制数据，n由BMP格式图像的大小决定；
③将n位十六进制数据由低位到高位依次进行分组，每64位作为一组十六进制数据，如果一组十六进制数据不足64位，则其高位用0补充，由此得到m组64位十六进制数据，m为大于等于1的整数，m组64位十六进制数据从低位到高位依次记为第1组64位十六进制数据，第2组64位十六进制数据，…，第m组64位十六进制数据；
④将第1组64位十六进制数据至第m组64位十六进制数据的高位均用0补充，得到第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据，k为r的整数倍，其中r表示Keccak杂凑算法中的比特率，r为224、256、384和512之一；
⑤从第1组k位64位十六进制数据开始，将第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据作为Keccak杂凑算法的输入消息值，依次输入Keccak杂凑算法中，得到Keccak杂凑算法输出的hash值，该hash值即为图像密钥。
本实施例中，待处理图像如图2所示，该图像为随机拍摄图，采用本实施例的方法对该随机拍摄图进行处理，得到随机拍摄图对应的hash值输出。
将图2所示随机拍摄图稍作修改(图2和图3中圆圈标识之处)，再采用本实施例的方法对该随机拍摄图进行处理，得到随机拍摄图的修改图的hash值输出。
将随机拍摄图对应的hash值和随机拍摄图的修改图的hash值分别生成图像，其中，随机拍摄图对应的hash值生成的图像如图4所示，随机拍摄图的修改图的hash值生成的图像如图5所示。
采用直方图分别对随机拍摄图对应的hash值生成的图像和随机拍摄图的修改图的hash值生成的图像的像素进行统计，其中，随机拍摄图对应的hash值生成的图像的像素直方分布图如图6所示，随机拍摄图的修改图的hash值生成的图像的像素直方分布图如图7所示；分别统计随机拍摄图对应的hash值生成的图像和随机拍摄图的修改图的hash值生成的图像中像素0和1的概率，其中随机拍摄图对应的hash值生成的图像中像素0和1的概率分布图如图8所示，随机拍摄图的修改图的hash值生成的图像中像素0和1的概率如图9所示。
对比分析随机拍摄图和随机拍摄图的修改图的对应的hash值生成的图像、该图像的像素直方分布以及该图像的像素0和1的概率可知，随机拍摄图和随机拍摄图的修改图仅仅在头发处有细微差别，但是其生成的图像密钥结果相去甚远。综上所述的，本发明的方法具有较高的单向性、随机性、长度可变性以及安全性。

Claims (1)

1.一种基于Keccak杂凑算法的图像密钥的生成方法，其特征在于包括以下步骤：
①将待处理图像转换为BMP格式图像；
②将BMP格式图像转换为n位十六进制数据，n由BMP格式图像的大小决定；
③将n位十六进制数据由低位到高位依次进行分组，每64位作为一组十六进制数据，如果一组十六进制数据不足64位，则其高位用0补充，由此得到m组64位十六进制数据，m为大于等于1的整数，m组64位十六进制数据从低位到高位依次记为第1组64位十六进制数据，第2组64位十六进制数据，…，第m组64位十六进制数据；
④将第1组64位十六进制数据至第m组64位十六进制数据的高位均用0补充，得到第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据，k为r的整数倍，其中r表示Keccak杂凑算法中的比特率，r为224、256、384和512之一；
⑤从第1组k位64位十六进制数据开始，将第1组k位64位十六进制数据至第m组k位64位十六进制数据作为Keccak杂凑算法的输入消息值，依次输入Keccak杂凑算法中，得到Keccak杂凑算法输出的hash值，该hash值即为图像密钥。
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