CN111147685B - 基于随机序列的多重图像加密方法、系统、智能终端 - Google Patents
基于随机序列的多重图像加密方法、系统、智能终端 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于信息安全技术领域，公开了一种基于随机序列的多重图像加密方法、系统、智能终端，通过选取图像中的序列A与相同位数的随机序列B进行异或得到新的序列B1；由随机序列本身异或产生的序列值对B1进行异或得到序列C；将随机序列B与序列C进行拼接，得到新的序列。本发明使用随机序列进行图像的多重加密，该加密方法所产生的共享份尺寸小于传统方法的使用基矩阵的视觉密码，便于信息的隐藏和传输；且该方法进行图像恢复较为简单，仅需要异或操作，不需要占用过多的计算机资源；多重加密操作使得图像信息更为安全。
Description
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，尤其涉及一种基于随机序列的多重图像加密方法、系统、智能终端。
背景技术
目前，最接近的现有技术：图像秘密共享由于其具有高度安全的特性，近年来被热烈广泛的讨论。图像秘密分享技术分发给参与者不同的共享份额，只有按照给定的方式才能恢复出原始信息，否则不能对秘密图像进行解密。在一个(k,n)门限的图像秘密共享技术中，此时k<＝n，一个秘密图像被分成n个共享份，只有达到k个或k个以上的共享份通过指定的方式结合才可以对秘密图像进行重建，但是任何数量少于k个的共享份不能恢复出秘密图像的信息。秘密共享方案最早是由Shamir在1979年提出，后来逐步由学者进行推广图像领域，并得到了很好的应用。视觉密码则是将n个影子分发给n个参与者，通过叠加进行解密；后来学者将基矩阵引入加密过程中，通过共享黑白像素点进行设置，通过矩阵的设置，不断对视觉密码进行改进。视觉密码属于秘密分享的一种，它将秘密打印到n个透明胶片上，合法的参与者通过一定得规则，将胶片进行叠加，人眼即可进行解密，不合法的参与者则无法得到任何信息。
根据加密方式的不同，可将视觉密码分为确定型，概率型和随机网格视觉密码。它们多数要进行像素的扩展，叠加后造成一定的图像失真，且图像的拉伸程度较大，在一定程度上不利于图像信息识别，在加密过程中使用矩阵对其进行加密，原本一个像素点加密为几个像素点，因此该方法会造成图像的拉伸，从而造成图像失真。衡量像素质量的因素大致包括：像素扩展度，相对差等。
现有技术一：视觉密码，视觉密码是通过基矩阵对秘密图像进行加密，根据黑白像素点选择不同矩阵对其进行加密，得到加密图像，通过简单叠加即可人眼解密。视觉密码主要针对于秘密信息为图像的情况，在进行(k,n)门限的秘密分享时，其中2≤k≤n，将秘密图像加密到n幅分享图像中，然后将分享图像分发给n位不同的秘密共享参与者。在恢复秘密图像时，至少需要k幅分享图像叠加才能恢复出秘密信息，而少于k幅分享图像则不会得到任何的秘密信息。缺点：尽管VCS可以通过叠加进行人眼解密，但其也存在共享份尺寸过大，像素质量不高的问题，主要原因是使用基矩阵造成的，且其加密图像为黑白二值图像。现有技术2：多项式图像秘密共享，多项式图像秘密共享属于秘密共享的另一分支。Shamir方案的主要思想是使用(k-1)次多项式的一个系数来嵌入秘密。与Shamir方案不同,Thien和Lin的(k,n)ISS方案及其扩展版本使用(k-1)次多项式的所有系数嵌入秘密像素以减小阴影大小。但尽管现有的(k,n)ISS方案的优点是阴影大小明显小于秘密大小，但部分秘密像素可能会暴露在(k-1)阴影中，原因一是所有系数都用于嵌入，二是排列不够安全。因此需要在原始图像信息分享前进行加密操作，接收方得到秘密后对其进行解密即可得到原始图像信息。拆分和恢复过程如下，多项式f(x)＝(a0+a1x+...+ar-1xr-1)mod251，将多个像素值作为a0,...ar-1，计算qj(1),qj(2),...qj(n)进行秘密分享，秘密恢复时同样使用多项式即可。缺点：由于该恢复过程需要计算，因此需要消耗大量计算机资源，恢复过程较为复杂，耗时较长。
现有技术利用秘密分享黑白像素的排序对图像进行加密，根据矩阵的设置，将秘密信息加密为黑白像素点，最终得到n幅加密图像。按照指定门限叠合图像，通过人眼即可解密得到秘密信息。该方法由于其叠加即可解密的特点被广泛使用，但其更适用于黑白二值图像，且会造成一定的像素扩张。现有的基于多项式加密的秘密分享，其核心思想是运用多项式进行图像拆分，该过程将图像的像素值作为多项式的系数，将不同的共享份进行加密得到n个大小为1/k的共享份额，任意选取门限值个数的共享份即可进行秘密的精确恢复，恢复后的图像与秘密图像一致，在有限域内叠加可以得到一幅像素值为0的黑色图像。现有技术的缺点，运用矩阵对秘密图像进行加密的视觉密码其核心思想是使用基矩阵进行图像信息加密，将原本一个像素变成了多个子像素，虽然其具有叠加即可见的简单解密的特点，当像素扩展度较大时，会造成最终的共享份额较大，当传输信息较大时，不利于传输，存储和隐藏；但是也同时存在图像像素扩展度较大的问题，图像尺寸较大，不利于信息的隐藏，传输和存储。运用多项式进行图像加密的秘密共享方法是使用多项式系数进行秘密的存储，当图像连续使用多个系数时，在共享份中会暴露部分信息；该方法是通过f(x)＝(a0+a1x+...+ar-1xr-1)mod251进行加密和恢复，因此需要计算过程，当处理较多的像素时，需要消耗大量资源。且该恢复过程需要进行大量计算，需要占用大量计算机资源。
综上所述，现有技术存在的问题是：
(1)现有技术运用矩阵对秘密图像进行加密的视觉密码其核心思想是使用基矩阵进行图像信息加密，将原本一个像素变成了多个子像素，虽然其具有叠加即可见的简单解密的特点，存在图像像素扩展度较大的问题，图像尺寸较大，不利于信息的隐藏，传输和存储。
(2)现有技术运用多项式进行图像加密的秘密共享方法是使用多项式系数进行秘密的存储，当图像连续使用多个系数时，在共享份中会暴露部分信息；且该恢复过程进行大量计算，需要占用大量计算机资源。
解决上述技术问题的意义：使用随机序列进行图像的多重加密，该加密方法所产生的共享份尺寸小于传统方法的使用基矩阵的视觉密码，便于信息的隐藏和传输；且该方法进行图像恢复较为简单，仅需要异或操作，不需要占用过多的计算机资源；多重加密操作使得图像信息更为安全。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于随机序列的多重图像加密方法、系统、智能终端。
本发明是这样实现的，一种基于随机序列的多重图像加密方法，所述基于随机序列的多重图像加密方法包括：
第一步，通过选取图像中的序列A与相同位数的随机序列B进行异或得到新的序列B1；
第二步，由随机序列本身异或产生的序列值对B1进行异或得到序列C；
第三步，将随机序列B与序列C进行拼接，得到新的序列。
进一步，所述基于随机序列的多重图像加密方法具体包括：
步骤一，取出原始图像S的m位序列作为A；
步骤二，任取m位随机序列B；
步骤三，将A与B做异或运算得到新的序列B1；
步骤四，再由随机序列B1本身进行异或操作得到值B2；
步骤五，将B1与B2异或得到多重加密序列C；
步骤六，将序列B与序列C进行上下拼接得到一个大小2m的最终序列S1；
步骤七，再次取出图像S的m位，重新执行步骤二到步骤六，直到图像S的所有位都取出，完成图像的加密过程。
进一步，所述基于随机序列的多重图像加密方法的恢复过程为加密的逆过程，输入为一幅大小为2|S|的加密图像，经过一系列设置最终输出一幅大小为|S|的秘密图像。
进一步，所述基于随机序列的多重图像加密方法的恢复过程详细恢复过程包括：
步骤一，每两行依次取出指定图像m位图像信息，得到2m位图像信息，
步骤二，将取出的两行信息分离，上层m位信息作为信息序列B，下层m位作为信息序列C；
步骤三，将B本身逐位异或得到B2；
步骤四，将序列C与B2逐位异或得到序列B1；
步骤五，将序列B1与信息序列B异或得到m位原始信息序列A；
步骤六，依次设置剩余信息，直至所有信息序列取出，得到秘密图像S，恢复过程完成。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述基于随机序列的多重图像加密方法的基于随机序列的多重图像加密系统，所述基于随机序列的多重图像加密系统包括：
第一序列处理模块，用于选取图像中的序列与相同位数的随机序列进行异或得到新的序列；
第二序列处理模块，用于由随机序列本身异或产生的序列值对由随机序列得到的序列进行异或得到序列；
序列拼接模块，用于将随机序列与序列进行拼接，得到新的序列。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述基于随机序列的多重图像加密方法的信息数据处理终端。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行所述的基于随机序列的多重图像加密方法。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于随机序列的多重图像加密方法的银行支票图像处理系统。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于随机序列的多重图像加密方法的医疗影像传输处理系统。
本发明的另一目的在于提供一种应用所述基于随机序列的多重图像加密方法的企业信息管理控制系统。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明使用随机序列进行图像的多重加密，该加密方法所产生的共享份尺寸小于传统方法的使用基矩阵的视觉密码，便于信息的隐藏和传输；且该方法进行图像恢复较为简单，仅需要异或操作，不需要占用过多的计算机资源；多重加密操作使得图像信息更为安全。
本发明通过使用随机序列进行图像的多次加密，将加密后的序列与中间序列进行拼接，得到最终的加密图像，该加密方法是通过随机序列进行多重加密，因此可以保障图像的安全性，最终的加密图像为原始图像大小的2倍，远小于使用基矩阵所产生的图像大小，在解密阶段通过随机序列之间的异或操作，可以很容易的实现图像的秘密恢复，不需要消耗过多的计算机资源。较小的共享份图像，可以为用户信息的传输，隐藏和存储提供便利。
本发明针对于像素扩展度较大的问题提出了新型加密方式，可以在很大程度上减小图像的像素扩展度，有利于信息的隐藏，传输和存储。本发明在进行秘密图像拆分后得到大小仅为2|S|的加密图像，图像大小远小于其他加密方法，共享份额较小有利于图像信息的隐藏，传输和存储。在进行图像恢复时，仅需要图像像素之间的异或操作，恢复过程较为简单，不需要过于复杂的计算，避免了计算机资源的浪费。基于随机序列进行图像信息的加密，且多重加密图像使得图像信息更加安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于随机序列的多重图像加密方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于随机序列的多重图像加密系统的结构示意图；
图中：1、第一序列处理模块；2、第二序列处理模块；3、序列拼接模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于随机序列的多重图像加密方法、系统、智能终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的基于随机序列的多重图像加密方法包括以下步骤：
S101：选取图像中的序列与相同位数的随机序列进行异或得到新的序列；
S102：由随机序列本身异或产生的序列值对由随机序列得到的序列进行异或得到序列；
S103：将随机序列与序列进行拼接，得到新的序列。
本发明的异或操作：相异为1，相同为0，拼接即为简单连接到一块。
如图2所示，本发明实施例提供的基于随机序列的多重图像加密系统包括：
第一序列处理模块1，用于选取图像中的序列与相同位数的随机序列进行异或得到新的序列。
第二序列处理模块2，用于由随机序列本身异或产生的序列值对由随机序列得到的序列进行异或得到序列。
序列拼接模块3，用于将随机序列与序列进行拼接，得到新的序列。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
本发明实施例提供的基于随机序列的多重图像加密方法首先通过选取图像中的序列A与相同位数的随机序列B进行异或得到新的序列B1，再由随机序列本身异或产生的序列值对B1进行异或得到序列C，将随机序列B与序列C进行拼接，得到新的序列，该序列的大小仅为原始信息序列的2倍。该方法可以在很大程度上减小共享份额的尺寸，便于信息的传输，隐藏和存储。
本发明实施例提供的基于随机序列的多重图像加密技术详细拆分步骤如下：
步骤一：取出原始图像S的m位序列作为A。
步骤二：任取m位随机序列B。
步骤三：将A与B做异或运算得到新的序列B1。
步骤四：再由随机序列B1本身进行异或操作得到值B2。
步骤五：将B1与B2异或得到多重加密序列C。
步骤六：将序列B与序列C进行上下拼接得到一个大小2m的最终序列S1。
步骤七：再次取出图像S的m位，重新执行步骤二到步骤六，直到图像S的所有位都取出，完成图像的加密过程。
本发明实施例提供的基于随机序列的多重图像加密技术的恢复过程为加密的逆过程，该过程的输入为一幅大小为2|S|的加密图像，经过一系列设置最终输出一幅大小为|S|的秘密图像。详细恢复步骤如下：
步骤一：每两行依次取出指定图像m位图像信息，可得到2m位图像信息。
步骤二：将取出的两行信息分离，上层m位信息作为信息序列B，下层m位作为信息序列C。
步骤三：将B本身逐位异或得到B2。
步骤四：将序列C与B2逐位异或得到序列B1。
步骤五：将序列B1与信息序列B异或得到m位原始信息序列A。
步骤六：依次设置剩余信息，直至所有信息序列取出，得到秘密图像S，恢复过程完成。
应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于随机序列的多重图像加密方法，其特征在于，所述基于随机序列的多重图像加密方法包括：
第一步，通过选取图像中的序列A与相同位数的随机序列B进行异或得到新的序列B1；
第二步，由随机序列本身异或产生的序列值对序列B1进行异或得到序列C；
第三步，将随机序列B与序列C进行拼接，得到新的序列；
所述基于随机序列的多重图像加密方法具体包括：
步骤一，取出原始图像S的m位序列作为序列A；
步骤二，任取m位随机序列B；
步骤三，将序列A与序列B做异或运算得到新的序列B1；
步骤四，再由随机序列B本身进行异或操作得到序列B2；
步骤五，将序列B1与序列B2异或得到多重加密序列C；
步骤六，将序列B与序列C进行上下拼接得到一个大小2m的最终序列S1；
步骤七，再次取出图像S的m位，重新执行步骤二到步骤六，直到图像S的所有位都取出，完成图像的加密过程。
2.如权利要求1所述的基于随机序列的多重图像加密方法，其特征在于，所述基于随机序列的多重图像加密方法的恢复过程为加密的逆过程，输入为一幅大小为2|S|的加密图像，经过一系列设置最终输出一幅大小为|S|的秘密图像。
3.如权利要求2所述的基于随机序列的多重图像加密方法，其特征在于，所述基于随机序列的多重图像加密方法的恢复过程详细恢复过程包括：
步骤一，每两行依次取出指定图像m位图像信息，得到2m位图像信息，
步骤二，将取出的两行信息分离，上层m位信息作为序列B，下层m位作为序列C；
步骤三，将序列B本身逐位异或得到序列B2；
步骤四，将序列C与序列B2逐位异或得到序列B1；
步骤五，将序列B1与序列B异或得到m位序列A；
步骤六，依次设置剩余信息，直至所有信息序列取出，得到原始图像S，恢复过程完成。
4.一种实施权利要求1～3任意一项所述基于随机序列的多重图像加密方法的基于随机序列的多重图像加密系统，其特征在于，所述基于随机序列的多重图像加密系统包括：
第一序列处理模块，通过选取图像中的序列A与相同位数的随机序列B进行异或得到新的序列B1；
第二序列处理模块，由随机序列本身异或产生的序列值对序列B1进行异或得到序列C；
序列拼接模块，将随机序列B与序列C进行拼接，得到新的序列。
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