CN106100819B - 图像加解密系统及图像加解密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像加解密系统及图像加解密方法，图像加密系统包括：细胞自动机；第一加密模块，与细胞自动机相连接；置乱映射表生成模块，与细胞自动机相连接；第二加密模块，与第一加密模块及置乱映射表生成模块相连接。在伪随机混沌序列与图像数据的明文进行可逆信息混合，以对图像数据的数值进行加密之后，再将第一次加密的数据分为多个数据块，并依据置乱映射表对数据块进行重组，以将第一次加密的数据的位置置乱，使得信息混序的强度更大，密文数字序列更加无规律性；确保了攻击者无法利用公开的算法细节来计算用于第一次加密的伪随机序列，弥补了现有算法技术的漏洞，达到了对习惯使用同一密钥加密多组数据的用户的长久信息保护。
Description
技术领域
本发明属于数字图像处理及数据加密技术领域，特别是涉及一种图像加解密系统及图像加解密方法。
背景技术
现有图像加密技术中，一种常用的加密的方式是，使用伪随机混沌序列和图像的原始数据进行相应位置的可逆混合，使混合后的数据也具有随机的特性以达到加密的目的，解密时使用同样的伪随机混沌序列进行逆变换还原成明文。
这种加密方式在特定的条件都严格满足的情况下，存在被破解的风险，这些条件是：
1、用户不习惯修改密码，使用同一密钥加密图像数据；
2、用同一密钥加密的数据中，有一组的对应明文和密文同时被攻击者获取；
3、加密算法细节公开，攻击者可以开发软件完全复现加密解密过程；
那么攻击者可使用已知明文和密文推测作为密钥空间的伪随机混沌序列，对于同一密钥加密的其他密文，使用该序列对密文进行逆变换即可破解。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涉及图像加解密系统及图像加解密方法，以解决现有技术中由于只采用一层加密而存在容易被破解的漏洞的问题。
本发明提供一种图像加密系统，所述图像加密系统包括：
细胞自动机，所述细胞自动机适于以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
第一加密模块，所述第一加密模块与所述细胞自动机相连接，适于将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文进行可逆信息混合，以得到第一加密数据；
置乱映射表生成模块，所述置乱映射表生成模块与所述细胞自动机相连接，适于依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
第二加密模块，所述第二加密模块与所述第一加密模块及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据密钥长度将所述第一加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。
作为本发明的图像加密系统的一种优选方案，所述第二加密模块包括：分块单元，所述分块单元与所述第一加密模块相连接，适于依据密钥长度对所述第一加密数据分为多个数据块；重组单元，所述重组单元与所述分块单元及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。
本发明提供一种图像加密方法，所述图像加密方法包括：
使用细胞自动机以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文进行可逆信息混合得到第一加密数据；
依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
依据密钥长度将所述第一加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。
作为本发明的图像加密方法的一种优选方案，将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文的相应位进行可逆信息混合得到所述第一加密数据。
作为本发明的图像加密方法的一种优选方案，依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表包括以下步骤：
取所述伪随机混沌序列中与密钥等长的子集，对所述子集中每个元素的原始位置进行标记；
将所述子集中的所有元素按照值的大小重新排序；
将排序后的所述子集中的每个元素的位置与原始位置做映射即可得到所述置乱映射表。
本发明又提供一种图像解密系统，所述图像解密系统与上述任一方案中所述的图像加密系统相连接，适于对所述图像加密系统得到的第一加密数据及第二加密数据进行解密，所述图像解密系统包括：
细胞自动机，所述细胞自动机适于以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
置乱映射表生成模块，所述置乱映射表生成模块与所述细胞自动机相连接，适于依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
第一解密模块，所述第一解密模块与所述图像加密系统及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据密钥长度将所述第二加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组；
第二解密模块，所述第二解密模块与所述细胞自动机及所述第一解密模块相连接，适于依据所述伪随机混沌序列对所述第一解密模块逆向重组得到的数据进行混合逆变换。
作为本发明的图像解密系统的一种优选方案，所述第一解密模块包括：
分块单元，所述分块单元与所述图像加密系统相连接，适于依据密钥长度将所述图像加密系统得到的所述第二加密数据分为多个数据块；
重组单元，所述重组单元与所述分块单元及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组。
本发明再提供一种图像解密方法，所述图像解密方法适于对上述任一方案中所述的图像加密方法中得到的第一加密数据及第二加密数据进行解密，其特征在于，包括：
使用细胞自动机以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
依据密钥长度将所述第二加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组；
依据所述伪随机混沌序列对所述第一解密模块逆向重组得到的数据进行混合逆变换。
作为本发明的图像解密方法的一种优选方案，依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表包括以下步骤：
取所述伪随机混沌序列中与密钥等长的子集，对所述子集中每个元素的原始位置进行标记；
将所述子集中的所有元素按照值的大小重新排序；
将排序后的所述子集中的每个元素的位置与原始位置做映射即可得到所述置乱映射表。
本发明提供一种图像加解密系统及图像加解密方法，具有如下有益效果：在使用细胞自动机生成的伪随机混沌序列与图像数据的明文进行可逆信息混合，以对图像数据的数值进行加密之后，再将第一次加密的数据分为多个数据块，并依据置乱映射表对数据块进行重组，以将第一次加密的数据的位置置乱，使得信息混序的强度更大，密文数字序列更加无规律性；确保了攻击者无法利用公开的算法细节来计算用于第一次加密的伪随机序列，弥补了现有算法技术的漏洞，达到了对习惯使用同一密钥加密多组数据的用户的长久信息保护。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的图像加密系统的框图。
图2显示为本发明实施例一中提供的图像加密系统中的第二加密模块的框图。
图3显示为本发明实施例二中提供的图像加密方法的流程示意图。
图4显示为本发明实施例三中提供的图像解密系统的框图。
图5显示为本发明实施例三中提供的图像解密系统中的第一解密模块的框图。
图6显示为本发明实施例四中提供的图像解密方法的流程示意图。
元件标号说明
11、31 细胞自动机
12 第一加密模块
13、32 置乱映射表生成模块
14 第二加密模块
141、331 分块单元
142、332 重组单元
33 第一解密模块
34 第二解密模块
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种图像加密系统，所述图像加密系统包括：细胞自动机11，所述细胞自动机11适于以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；所述细胞自动机11由大量基本组成单元的简单相互作用产生复杂结构和过程；所述伪随机混沌序列为具有良好的随机性，并且可以根据某种规则重复的产生的数字序列；第一加密模块12，所述第一加密模块12与所述细胞自动机11相连接，适于将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文的相应位进行可逆信息混合，以得到第一加密数据；所述第一加密模块12为对所述图像数据的值本身进行加密；置乱映射表生成模块13，所述置乱映射表13生成模块与所述细胞自动机11相连接，适于依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；第二加密模块14，所述第二加密模块14与所述第一加密模块12及所述置乱映射表生成模块13相连接，适于依据密钥长度将所述第一加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据；即所述第二加密模块14适于对所述第一加密数据进行分块混序，对所述第一加密数据进行位置置乱；分块混序是指将大数据块分成小的数据块，并将这些小的数据块打乱顺序重新组合成一个大的数据块。
作为示例，将所述伪随机混沌序列与所述图像数据进行可逆混合可以为按位异或；按位异或的数学特性：一个数据异或第二个数据得到的结果再次异或第二个数据即可还原为第一个数据。
作为示例，请参阅图2，所述第二加密模块14包括：分块单元141，所述分块单元141与所述第一加密模块12相连接，适于依据密钥长度对所述第一加密数据分为多个数据块；重组单元142，所述重组单元142与所述分块单元141及所述置乱映射表生成模块13相连接，适于依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。
本发明的图像加密系统可以使用所述细胞自动机11生成的伪随机混沌序列，并由所述第一加密模块12将伪随机混沌序列与图像数据的明文进行可逆信息混合，以对图像数据的数值进行加密之后，再使用所述置乱映射表生成模块13生成置乱映射表，并使用所述第二加密模块14将第一次加密的数据分为多个数据块，并依据置乱映射表对数据块进行重组，以将第一次加密的数据的位置置乱，使得信息混序的强度更大，密文数字序列更加无规律性；确保了攻击者无法利用公开的算法细节来计算用于第一次加密的伪随机序列，弥补了现有算法技术的漏洞，达到了对习惯使用同一密钥加密多组数据的用户的长久信息保护。
实施例二
请参阅图3，本发明还提供一种图像加密方法，所述图像加密方法包括：
S20：使用细胞自动机以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
S21：将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文进行可逆信息混合得到第一加密数据；
S22：依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
S33：依据密钥长度将所述第一加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。
作为示例，将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文的相应位进行可逆信息混合得到所述第一加密数据。
作为示例，所述步骤S22中，依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表包括以下步骤：
S221：取所述伪随机混沌序列中与密钥等长的子集，对所述子集中每个元素的原始位置进行标记；
S222：将所述子集中的所有元素按照值的大小重新排序；
S223：将排序后的所述子集中的每个元素的位置与原始位置做映射即可得到所述置乱映射表。
本发明的图像加密方法可以为采用实施例一中所述的图像加密系统进行，在使用细胞自动机生成的伪随机混沌序列与图像数据的明文进行可逆信息混合，以对图像数据的数值进行加密之后，再将第一次加密的数据分为多个数据块，并依据置乱映射表对数据块进行重组，以将第一次加密的数据的位置置乱，使得信息混序的强度更大，密文数字序列更加无规律性；确保了攻击者无法利用公开的算法细节来计算用于第一次加密的伪随机序列，弥补了现有算法技术的漏洞，达到了对习惯使用同一密钥加密多组数据的用户的长久信息保护。
实施例三
请参阅图4，本发明还提供一种图像解密系统，所述图像解密系统与实施例一中所述的图像加密系统相连接，适于对所述图像加密系统得到的第一加密数据及第二加密数据进行解密，所述图像解密系统包括：细胞自动机31，所述细胞自动机31适于以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；置乱映射表生成模块32，所述置乱映射表生成模块32与所述细胞自动机31相连接，适于依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；第一解密模块33，所述第一解密模块与所述图像加密系统及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据密钥长度将所述第二加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组；所述第一解密模块33将所述第二加密数据进行逆向重组之后即得到所述第一加密数据；第二解密模块34，所述第二解密模块34与所述细胞自动机31及所述第一解密模块33相连接，适于依据所述伪随机混沌序列对所述第一解密模块33逆向重组得到的数据进行混合逆变换；所述第二解密模块34将所述第一解密模块33解密的数据进行混合逆变换之后即得到图像数据的明文，解密完成。
作为示例，请参阅图5，所述第一解密模块33包括：分块单元331，所述分块单元331与所述图像加密系统相连接，适于依据密钥长度将所述图像加密系统得到的所述第二加密数据分为多个数据块；重组单元332，所述重组单元332与所述分块单元331及所述置乱映射表生成模块32相连接，适于依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组。
实施例四
请参阅图6，本发明还提供一种图像解密方法，所述图像解密方法适于对实施例二中所述的图像加密方法中得到的第一加密数据及第二加密数据进行解密，其特征在于，包括：
S41：使用细胞自动机以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
S42：依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
S43：依据密钥长度将所述第二加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组；
S44：依据所述伪随机混沌序列对所述第一解密模块逆向重组得到的数据进行混合逆变换。
作为示例，所述步骤S42中，依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表包括以下步骤：
S421：取所述伪随机混沌序列中与密钥等长的子集，对所述子集中每个元素的原始位置进行标记；
S422：将所述子集中的所有元素按照值的大小重新排序；
S423：将排序后的所述子集中的每个元素的位置与原始位置做映射即可得到所述置乱映射表。
综上所述，本发明提供一种图像加解密系统及图像加解密方法，所述图像加密系统包括：细胞自动机，所述细胞自动机适于以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；第一加密模块，所述第一加密模块与所述细胞自动机相连接，适于将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文进行可逆信息混合，以得到第一加密数据；置乱映射表生成模块，所述置乱映射表生成模块与所述细胞自动机相连接，适于依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；第二加密模块，所述第二加密模块与所述第一加密模块及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据密钥长度将所述第一加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。在使用细胞自动机生成的伪随机混沌序列与图像数据的明文进行可逆信息混合，以对图像数据的数值进行加密之后，再将第一次加密的数据分为多个数据块，并依据置乱映射表对数据块进行重组，以将第一次加密的数据的位置置乱，使得信息混序的强度更大，密文数字序列更加无规律性；确保了攻击者无法利用公开的算法细节来计算用于第一次加密的伪随机序列，弥补了现有算法技术的漏洞，达到了对习惯使用同一密钥加密多组数据的用户的长久信息保护。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种图像加密系统，其特征在于，包括：
细胞自动机，适于以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
第一加密模块，与所述细胞自动机相连接，适于将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文进行可逆信息混合，以得到第一加密数据；
置乱映射表生成模块，与所述细胞自动机相连接，适于依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
第二加密模块，与所述第一加密模块及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据密钥长度将所述第一加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据，所述第二加密模块包括：
分块单元，与所述第一加密模块相连接，适于依据密钥长度对所述第一加密数据分为多个数据块；
重组单元，与所述分块单元及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。
2.一种图像加密方法，其特征在于，包括：
使用细胞自动机以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文进行可逆信息混合得到第一加密数据；
依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
依据密钥长度将所述第一加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行重组，以得到置乱后的第二加密数据。
3.根据权利要求2所述的图像加密方法，其特征在于，将所述伪随机混沌序列与所述图像数据的明文的相应位进行可逆信息混合得到所述第一加密数据。
4.根据权利要求2所述的图像加密方法，其特征在于，依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表包括以下步骤：
取所述伪随机混沌序列中与密钥等长的子集，对所述子集中每个元素的原始位置进行标记；
将所述子集中的所有元素按照值的大小重新排序；
将排序后的所述子集中的每个元素的位置与原始位置做映射即可得到所述置乱映射表。
5.一种图像解密系统，其特征在于，与权利要求1所述的图像加密系统相连接，适于对所述图像加密系统得到的第一加密数据及第二加密数据进行解密，所述图像解密系统包括：
细胞自动机，适于以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
置乱映射表生成模块，与所述细胞自动机相连接，适于依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
第一解密模块，与所述图像加密系统及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据密钥长度将所述第二加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组；
第二解密模块，与所述细胞自动机及所述第一解密模块相连接，适于依据所述伪随机混沌序列对所述第一解密模块逆向重组得到的数据进行混合逆变换。
6.根据权利要求5所述的图像解密系统，其特征在于，所述第一解密模块包括：
分块单元，与所述图像加密系统相连接，适于依据密钥长度将所述图像加密系统得到的所述第二加密数据分为多个数据块；
重组单元，与所述分块单元及所述置乱映射表生成模块相连接，适于依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组。
7.一种图像解密方法，适于对权利要求3或4中所述的图像加密方法中得到的第一加密数据及第二加密数据进行解密，其特征在于，包括：
使用细胞自动机以密钥为种子生成与图像数据等长的伪随机混沌序列；
依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表；
依据密钥长度将所述第二加密数据分为多个数据块，并依据所述置乱映射表对所述数据块进行逆向重组；
依据所述伪随机混沌序列对所述逆向重组后得到的数据进行混合逆变换。
8.根据权利要求7所述的图像解密方法，其特征在于，依据所述伪随机混沌序列生成置乱映射表包括以下步骤：
取所述伪随机混沌序列中与密钥等长的子集，对所述子集中每个元素的原始位置进行标记；
将所述子集中的所有元素按照值的大小重新排序；
将排序后的所述子集中的每个元素的位置与原始位置做映射即可得到所述置乱映射表。
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| 基于改进Chen混沌系统的图像加密算法;赵玉清;《小型微型计算机系统》;20140930;第35卷(第9期);第2163页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106100819A (zh) | 2016-11-09 |
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