CN113742739A - 图像加密方法、装置和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本公开提出一种图像加密方法、装置和存储介质，涉及信息安全技术领域。本公开的一种图像加密方法包括：根据待加密图像通过预定第一算法生成加密密钥；根据加密密钥确定混沌系统的初始值；根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理；将处理后的各个分量合并，获取密文图像。通过这样的方法，能够基于待加密图像生成加密密钥，实现一图一密钥，提高安全性；能够采用基于加密密钥作为初始值的混沌系统配合格雷码进行置乱扩散处理，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。

Description

图像加密方法、装置和存储介质
技术领域
本公开涉及信息安全技术领域，特别是一种图像加密方法、装置和存储介质。
背景技术
当今社会，各种网络安全问题频繁发生，网络安全形势随着信息传播速度的加快变得越来越严峻，信息安全问题关系到一个国家经济的发展命脉。
如今通过图片来获取信息得到了越来越广泛的应用，而随着密码学的发展，对保密图像进行攻击的黑客的攻击手段也越来越多样，黑客的攻击操作也娴熟，图像中的信息安全面临着越来越严重的威胁。
发明内容
本公开的一个目的在于提高数字图像传播过程中的安全性。
根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种图像加密方法，包括：根据待加密图像通过预定第一算法生成加密密钥；根据加密密钥确定混沌系统的初始值；根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理；将处理后的各个分量合并，获取密文图像。
在一些实施例中，图像加密方法还包括：将待加密图像的多个分量通过第一混沌系统预处理；根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理包括：根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理；其中，第一混沌系统和第二混沌系统的初始值为根据加密密钥确定。
在一些实施例中，根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理包括：根据格雷码对预处理后的多个分量进行全局置乱；根据第二混沌系统对全局置乱后的图像进行行列间置乱和灰度扩散。
在一些实施例中，第一算法包括SHA(Secure Hash Algorithm，安全散列算法)-384算法。
在一些实施例中，待加密图像为彩色图像，多个分量包括红、绿和蓝三个分量。
在一些实施例中，第一混沌系统包括PWLCM(Piecewise Linear Chaotic Map，分段线性混沌映射)混沌系统；第二混沌系统包括洛伦兹Lorenz混沌系统。
通过这样的方法，能够基于待加密图像生成加密密钥，实现一图一密钥，提高安全性；能够采用基于加密密钥作为初始值的混沌系统配合格雷码进行置乱扩散处理，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。
根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种图像加密装置，包括：密钥生成单元，被配置为根据待加密图像通过预定第一算法生成加密密钥；初始值确定单元，被配置为根据加密密钥确定混沌系统的初始值；置乱和扩散处理单元，被配置为根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理；分量合并单元，被配置为将处理后的各个分量合并，获取密文图像。
在一些实施例中，图像加密装置还包括：预处理单元，被配置为将待加密图像的多个分量通过第一混沌系统预处理；置乱和扩散处理单元，被配置为根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理；初始值确定单元，被配置为根据加密密钥确定第一混沌系统和第二混沌系统的初始值。
在一些实施例中，置乱和扩散处理单元被配置为：根据格雷码对预处理后的多个分量进行全局置乱；根据第二混沌系统对全局置乱后的图像进行行列间置乱和灰度扩散。
根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种图像加密装置，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行上文中提到的任意一种图像加密方法。
这样的装置能够基于待加密图像生成加密密钥，实现一图一密钥，提高安全性；能够采用基于加密密钥作为初始值的混沌系统配合格雷码进行置乱扩散处理，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。
根据本公开的一些实施例的一个方面，提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上文中提到的任意一种图像加密方法的步骤。
通过执行这样的存储介质上的指令，能够基于待加密图像生成加密密钥，实现一图一密钥，提高安全性；能够采用基于加密密钥作为初始值的混沌系统配合格雷码进行置乱扩散处理，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本公开的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1为本公开的图像加密方法的一些实施例的流程图。
图2为本公开的图像加密方法的另一些实施例的流程图。
图3为本公开的图像加密方法的一些实施例的示意图。
图4为本公开的图像加密装置的一些实施例的示意图。
图5为本公开的图像加密装置的另一些实施例的示意图。
图6为本公开的图像加密装置的又一些实施例的示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本公开的技术方案做进一步的详细描述。
本公开的图像加密方法的一些实施例的流程图如图1所示。
在步骤101中，根据待加密图像通过预定第一算法生成加密密钥。在一些实施例中，第一算法可以为SHA-384算法，基于SHA-384算法对待加密图像进行编码运算，得到加密密钥。在一些实施例中，待加密图像为彩色图像，多个分量包括红、绿和蓝三个分量。
在步骤102中，根据加密密钥确定混沌系统的初始值。在一些实施例中，可以将加密密钥和预先设定的参数经过预定方式的计算，得到初始值。
在步骤103中，根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理。
在步骤104中，将处理后的各个分量合并，获取密文图像。
通过这样的方法，能够基于待加密图像生成加密密钥，实现一图一密钥，提高安全性；能够采用基于加密密钥作为初始值的混沌系统配合格雷码进行置乱扩散处理，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。
本公开的图像加密方法的另一些实施例的流程图如图2所示。
在步骤201中，根据待加密图像通过SHA-384算法生成加密密钥。
在步骤202中，根据加密密钥确定第一混沌系统和第二混沌系统的初始值。在一些实施例中，第一混沌系统可以为PWLCM混沌系统，第二混沌系统可以为Lorenz混沌系统，两个混沌系统共用相同的初始值。
在步骤203中，将待加密图像的多个分量通过第一混沌系统预处理。
在步骤204中，根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理。
在步骤205中，将处理后的各个分量合并，获取密文图像。
通过这样的方法，可以针对某些像素点层次的加密算法存在无法很好地抵御明文攻击以及加密程度较低的问题，将格雷码、混沌系统和SHA-384结合在一起，设计出一种新的算法发明创造的技术方案，从而提高数字图像传输保密性能。
本公开的图像加密方法的一些实施例的示意图如图3所示。
基于待加密图像301，通过预定第一算法302进行编码预算，生成加密密钥。将加密密钥和预设值303通过预定处理策略304运算，生成初始值。在一些实施例中，预定处理策略304可以为将加密密钥和预设值303做接续或任意运算，使得初始值包括加密密钥和预设值两方面的信息，并作为PWLCM混沌系统305和Lorenz混沌系统306的初始值。
利用PWLCM混沌系统305对包括分为RGB三个分量的待加密图像进行分量预处理307。根据格雷码对预处理后的多个分量进行全局置乱308，并根据第二混沌系统(如Lorenz混沌系统306)对全局置乱后的图像进行行列间置乱309和灰度扩散310。将灰度扩散310后的多个分量进行分量合并311，得到密文图像312。
通过这样的方法，能够使用两种不同的混沌系统，提高运算的复杂度，降低破解的概率；在置乱与扩散阶段不是只是用单一的混沌系统来进行操作，还使用了格雷码变换，在尽可能使用最少的迭代次数的情况下实现加密性能的提高；使用SHA-384来产生混沌系统的初始值，提供了更大的密钥空间；加密密钥由需要进行加密的明文图像和SHA-384共同结合产生，做到了“一图一秘钥”，避免了密钥的重复使用，进一步提高了安全性。
本公开的图像加密装置的一些实施例的示意图如图4所示。
密钥生成单元401能够根据待加密图像通过预定第一算法生成加密密钥。在一些实施例中，第一算法可以为SHA-384算法，基于SHA-384算法对待加密图像进行编码运算，得到加密密钥。在一些实施例中，待加密图像为彩色图像，多个分量包括红、绿和蓝三个分量。
初始值确定单元402能够根据加密密钥确定混沌系统的初始值。在一些实施例中，可以将加密密钥和预先设定的参数经过预定方式的计算，得到初始值。
置乱和扩散处理单元403能够根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理。
分量合并单元404能够将处理后的各个分量合并，获取密文图像。
这样的图像加密装置能够基于待加密图像生成加密密钥，实现一图一密钥，提高安全性；能够采用基于加密密钥作为初始值的混沌系统配合格雷码进行置乱扩散处理，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。
在一些实施例中，初始值确定单元402生成的初始值供第一混沌系统和第二混沌系统共用。如图4所示，图像加密装置还可以包括预处理单元405，能够将待加密图像的多个分量通过第一混沌系统预处理。
置乱和扩散处理单元403能够根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理。具体的，可以根据格雷码对预处理后的多个分量进行全局置乱，并根据第二混沌系统对全局置乱后的图像进行行列间置乱和灰度扩散，得到待合并的分量。
这样的图像加密装置，能够使用两种不同的混沌系统，提高运算的复杂度，降低破解的概率；在置乱与扩散阶段不是只是用单一的混沌系统来进行操作，还使用了格雷码变换，在尽可能使用最少的迭代次数的情况下实现加密性能的提高；使用SHA-384来产生混沌系统的初始值，提供了更大的密钥空间；加密密钥由需要进行加密的明文图像和SHA-384共同结合产生，做到了“一图一秘钥”，避免了密钥的重复使用，进一步提高了安全性。
本公开图像加密装置的一个实施例的结构示意图如图5所示。图像加密装置包括存储器501和处理器502。其中：存储器501可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器用于存储上文中图像加密方法的对应实施例中的指令。处理器502耦接至存储器501，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器502用于执行存储器中存储的指令，能够提高安全性，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。
在一个实施例中，还可以如图6所示，图像加密装置600包括存储器601和处理器602。处理器602通过BUS总线603耦合至存储器601。该图像加密装置600还可以通过存储接口604连接至外部存储装置605以便调用外部数据，还可以通过网络接口606连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)。此处不再进行详细介绍。
在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，能够提高安全性，在尽可能使用少的迭代次数的情况下提高加密性能。
在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图像加密方法对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
可能以许多方式来实现本公开的方法以及装置。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法以及装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而，本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本公开的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本公开进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本公开的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本公开技术方案的精神，其均应涵盖在本公开请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种图像加密方法，包括：
根据待加密图像通过预定第一算法生成加密密钥；
根据所述加密密钥确定混沌系统的初始值；
根据所述混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理；
将处理后的各个分量合并，获取密文图像。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：将待加密图像的多个分量通过第一混沌系统预处理；
所述根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理包括：根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理；
其中，所述第一混沌系统和所述第二混沌系统的初始值为根据所述加密密钥确定。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理包括：
根据格雷码对预处理后的多个分量进行全局置乱；
根据所述第二混沌系统对全局置乱后的图像进行行列间置乱和灰度扩散。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，
所述第一算法包括安全散列算法SHA-384算法；和/或
所述待加密图像为彩色图像，所述多个分量包括红、绿和蓝三个分量。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一混沌系统包括分段线性混沌映射PWLCM混沌系统；所述第二混沌系统包括洛伦兹Lorenz混沌系统。
6.一种图像加密装置，包括：
密钥生成单元，被配置为根据待加密图像通过预定第一算法生成加密密钥；
初始值确定单元，被配置为根据所述加密密钥确定混沌系统的初始值；
置乱和扩散处理单元，被配置为根据混沌系统和格雷码对待加密图像的多个分量进行置乱和扩散处理；
分量合并单元，被配置为将处理后的各个分量合并，获取密文图像。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括：
预处理单元，被配置为将待加密图像的多个分量通过第一混沌系统预处理；
所述置乱和扩散处理单元，被配置为根据第二混沌系统和格雷码对预处理后的多个分量进行置乱和扩散处理；
所述初始值确定单元，被配置为根据所述加密密钥确定所述第一混沌系统和所述第二混沌系统的初始值。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述置乱和扩散处理单元，被配置为：
根据格雷码对预处理后的多个分量进行全局置乱；
根据所述第二混沌系统对全局置乱后的图像进行行列间置乱和灰度扩散。
9.一种图像加密装置，包括：
存储器；以及
耦接至所述存储器的处理器，所述处理器被配置为基于存储在所述存储器的指令执行如权利要求1至5任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现权利要求1至5任意一项所述的方法的步骤。
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