CN115567329B - 网络信息的数据安全加密方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电数字数据处理技术领域,具体涉及网络信息的数据安全加密方法,该方法通过获取网络信息的原始数据,将原始数据进行编码得到编码序列,将编码序列转换为二维矩阵;构建设定尺寸的局部窗口,通过局部窗口获取二维矩阵中局部特征对应的特征块,统计特征块类型,根据每个特征块类型下的特征块数量,构建特征块的统计直方图;将统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量转换为统一数量,获取新的统计直方图作为目标直方图;根据目标直方图获取密文矩阵,完成网络信息的数据加密。本发明通过对局部特征块的直方图加密,避免了网络信息的数据失真,确保了网络信息的数据的安全性与完整性。
Description
技术领域
本发明涉及电数字数据处理技术领域,具体涉及网络信息的数据安全加密方法。
背景技术
近些年来,网络安全事件频发,造成大量的经济、技术的损失,因此越来越多的人开始关注网络安全问题。网络信息安全中主要是网络数据的安全。数据安全,是指通过采取必要措施确保数据处于有效保护和合法利用的状态,以及具备保障持续安全状态的能力。随着网络技术的发展,各种数据更多的通过网络进行传输,此时网络信息数据中所包括的有价值的数据在传输中面临着严重威胁,屡屡发生的数据破坏、数据泄露事件,对社会和组织机构造成了一定伤害。所以对于有价值的网络数据均需要进行加密处理,以保证数据在网络传输过程的安全性。
现有对于数据加密的常规手段是,根据数据特征利用直方图加密方法进行数据加密,但是常规直方图的加密仅针对图像数据,而图像数据在加密的过程中容易失真,即常规直方图的加密存在数据失真的情况。
发明内容
为了解决现有的直方图加密导致数据加密过程中数据失真的问题,本发明的目的在于提供一种网络信息的数据安全加密方法,所采用的技术方案具体如下:
本发明实施例中提供了网络信息的数据安全加密方法,该方法包括以下步骤:
获取网络信息的原始数据,将原始数据进行编码得到编码序列,将编码序列转换为二维矩阵;
构建设定尺寸的局部窗口,通过局部窗口获取二维矩阵中局部特征对应的特征块,统计特征块类型,根据每个特征块类型下的特征块数量,构建特征块的统计直方图;
将统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量转换为统一数量,获取新的统计直方图作为目标直方图;
根据目标直方图获取密文矩阵,完成网络信息的数据加密。
进一步的,所述完成网络信息的数据加密后,包括:
根据每个特征块在二维矩阵中的位置,得到每个特征块类型下的特征块在二维矩阵中的位置序列作为第一密钥;将统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量与统一数量之间的差值作为第二密钥;
通过局部窗口获取密文矩阵的特征块,根据密文矩阵的特征块获得目标直方图,基于第二密钥中的差值,根据目标直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量得到统计直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量;根据第一密钥和统计直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量,还原得到二维矩阵,将二维矩阵转换为编码序列,然后对编码序列进行解码,获得原始数据。
进一步的,所述通过局部窗口获取二维矩阵中局部特征对应的特征块的方法,包括:
局部窗口对应的二维矩阵中的局部元素,构成一个特征块。
进一步的,所述特征块类型的获取方法,包括:
设置局部窗口的大小为,其中均为正整数,统计局部窗口中元素“1”的
数量,其中=0、1、2、3、…、;根据元素“1”在局部窗口中的数量,通过排列组合确定
局部窗口中元素“1”存在的所有的位置关系的数量,则元素“1”在局部窗口中的一种位置关
系表示一个特征块类型。
进一步的,所述根据目标直方图获取密文矩阵的方法,包括:
创建一个空白矩阵,将目标直方图中每个特征块类型下的特征块投射到空白矩阵中,构成密文矩阵。
本发明具有如下有益效果:获取网络信息的原始数据,将原始数据进行编码得到编码序列,使得获取的原始数据的数据类型相同,方便数据的统一处理;将编码序列转换为二维矩阵,便于获得更多数据之间的关系,使得原始数据的安全性更高;构建设定尺寸的局部窗口,通过局部窗口获取二维矩阵中局部特征对应的特征块,根据特征块的类型和每种类型下的特征块的数量,构建特征块的统计直方图,以实现当统计直方图不具备特征块的位置时,可以生成无数种矩阵,从而实现二维矩阵信息的隐藏;因为统计直方图中每种类型下的特征块数量与每种类型下的特征块位置序列的数量是对应关系,容易发生信息泄露,所以将统计直方图中每种类型下的特征块的数量转换为统一数量,获取新的统计直方图作为目标直方图,解决了统计直方图中不同类型下特征块数量之间的差异,有效避免了统计直方图中每种类型下的特征块数量与每种类型下的特征块位置序列数量的对应关系,即隐藏了特征块与位置序列之间的对应关系,实现了特征块在二维矩阵中位置的隐藏;最后特征块数量的变化同样减少了目标直方图与二维矩阵之间的联系,进一步隐藏二维矩阵信息;根据目标直方图获取密文矩阵,完成网络信息的数据加密,通过对特征块对应的直方图加密,避免了数据的失真,确保了原始数据的安全性与完整性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明一个实施例所提供的网络信息的数据安全加密方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例,对依据本发明提出的一种网络信息的数据安全加密方法,其具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如下。在下述说明中,不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外,一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
本发明所针对的具体情景为:在原始数据的加密过程中,主要利用原始数据之间的关系进行数据转换,数据的转换关系直接影响数据加密效果,转换后数据之间的关系越隐蔽,加密效果越好,所以本发明利用局部窗口获取二维矩阵中元素的局部特征构建特征块以及特征块统计直方图,并通过统计直方图的转换对二维矩阵数据进行加密。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种网络信息的数据安全加密方法的具体方案。
请参阅图1,其示出了本发明一个实施例提供的网络信息的数据安全加密方法的流程图,该方法包括以下步骤:
步骤S1:获取网络信息的原始数据,将原始数据进行编码得到编码序列,将编码序列转换为二维矩阵。
具体的,网络信息中的数据主要包括通过网络传输的数据以及网络处理的数据,具体数据的获得因实际场景的不同而不同。比如,网络传输的数据需要在传输之前进行数据加密,即待加密的原始数据来源于数据传输端;如果在数据网络存储中,对数据进行加密,待加密的原始数据来源于数据处理中心所接收的数据。
网络信息中的数据有多种数据类型,所以原始数据在进行加密之前要先进行数据预处理,以获得数据的相同表现形式。本发明中首先对原始数据进行编码,即利用霍夫曼编码技术,在输入原始数据后,直接输出一维编码序列。
霍夫曼编码是公知技术,这里不再过多赘述。
对于一维编码序列的加密主要针对编码之间的关系,但是一维编码序列之间的关系较少,为了获得更多数据之间的关系,本发明将一维编码序列进行分段,根据分段将一维编码序列转换为二维矩阵。
步骤S2:构建设定尺寸的局部窗口,通过局部窗口获取二维矩阵中局部特征对应的特征块,统计特征块类型,根据每个特征块类型下的特征块数量,构建特征块的统计直方图。
具体的,二维矩阵中的元素以及元素位置决定原始数据信息,并且二维矩阵中局部元素的相对位置共同组成二维矩阵的整体信息,所以本发明通过二维矩阵中元素的局部特征的变换进行加密。首先需要进行二维矩阵中局部特征的提取,本方案是通过在二维矩阵中构建窗口进行局部特征的提取,获取特征块,根据特征块构建特征块的统计直方图。
局部窗口对应的二维矩阵中的局部元素,构成一个特征块;根据特征块,统计特征块类型,具体操作为下:
设置局部窗口的大小为,其中均为正整数,统计局部窗口中元素“1”的
数量,其中=0、1、2、3、…、;根据元素“1”在局部窗口中的数量,通过排列组合确定
局部窗口中元素“1”存在的所有的位置关系的数量,则元素“1”在局部窗口中的一种位置关
系表示一个特征块类型。
作为一个示例,首先设置局部窗口的大小为,其中,局部窗口的大小可根据
实际需求进行调整,本方案通过确定二维矩阵中元素“1”的位置,来反映局部窗口中元素的
位置关系。局部窗口中元素“1”的位置关系与局部窗口中元素“1”的数量有关,需要考虑元
素“1”的不同数量所对应的不同位置关系。元素“1”在局部窗口中的数量为以下七种情况:
0、1、2、3、4、5、6,每个情况对应的不同的位置关系的数量分别为:1、6、15、20、15、6、1,共存
在64种位置关系;一种位置关系对应一种特征块类型。
通过局部窗口中元素“1”的数量与位置确定特征块类型,局部窗口进行步长为3的从左到右、从上到下滑动,获取二维矩阵中所有的特征块,并确定所有特征块的类型,进而确定每个特征块类型下的特征块数量,根据每个特征块类型下的特征块数量构建特征块的统计直方图的操作如下:
以大小的局部窗口为例,对获取的特征块进行标记,方便对特征块的类型进
行分类,分别标记为,其中,=1、2、3、4…,表示特征块类型的数量,因为二维矩阵中
特征块类型的数量等于或小于64种,所以;在二维矩阵中获得每个特征块类型下的
特征块数量;以特征块的类型为横轴,每个特征块类型下的特征块数量为纵轴,建
立特征块的统计直方图。
统计直方图反映了二维矩阵中特征块的数量关系,但是实际中特征块在二维矩阵中不同位置表示不同的意义,因此反应二维矩阵信息的特征块的位置必须是唯一确定的,所以在利用特征块的统计直方图表示二维矩阵信息时,需要先确定特征块所对应的二维矩阵位置。
根据每个特征块在二维矩阵中的位置,得到每个特征块类型下的特征块在二维矩阵中的位置序列,具体操作如下:
每一个特征块类型下的个特征块在二维矩阵中对应个位置关系,确定第个
特征块类型下的特征块在二维矩阵中的位置关系,构成位置序列
,其中表示第个特征块类型下的特征块在二维矩阵中的数量,表示第个特征块类型
下的第一个特征块在二维矩阵中的位置关系,表示第个特征块类型下的第二个特征块
在二维矩阵中的位置关系,表示第个特征块类型下的第个特征块在二维矩阵中的位置
关系,表示第个特征块类型下的第个特征块在二维矩阵中的位置关系。
根据获取第个特征块类型下的特征块在二维矩阵中的位置序列的方法,获取所
有特征块类型下的特征块在二维矩阵中的位置序列。决定了统计直方图与二维矩阵的
对应关系,即统计直方图根据确定的能够获得二维矩阵;当统计直方图不具备特征块的
位置关系时,可以生成无数种矩阵,从而实现二维矩阵信息的隐藏,且特征块唯一的位置关
系确定唯一的矩阵,体现了二维矩阵的信息隐藏对特征块位置关系的敏感性,所以本方案
将作为第一密钥,也即是位置密钥。
统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量与对应的位置序列数量之间存在着明显的对应关系,所以在已知统计直方图和位置序列数量后可以快速的破解出二维矩阵,所以本方案基于统计直方图的变换,进一步对二维矩阵的信息进行加密。
步骤S3:将统计直方图中每种类型下的特征块的数量转换为统一数量,获取新的统计直方图作为目标直方图。
具体的,在统计直方图中不同类型的特征块的数量之间存在差异,对应的位置序列数量存在差异,导致统计直方图中的特征块的数量与位置序列数量之间的对应关系明显,所以为隐藏特征块的数量与位置序列数量之间的对应关系,对统计直方图进行转换。
具体操作过程为下:
首先在统计直方图中作一条平行于横轴的直线,其中,是利用最小二乘准
则获得的,使得所有的与的差值的和最小;然后分别计算每一个特征块类型下的特
征块数量与的差值;将差值作为每个特征块类型下的特征块数量
的补偿值,并赋予所有特征块类型下的特征块的数量均为,生成新的统计直方图作为目
标直方图。
最小二乘准则是已知技术,这里不再过多赘述。
目标直方图解决了统计直方图中不同类型的特征块数量之间的差异,有效避免了统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量与对应的位置序列数量明显的对应关系,即隐藏了特征块与位置序列之间的对应关系,实现了特征块在二维矩阵中的位置隐藏;同时特征块数量的变化同样减少了直方图与二维矩阵之间的联系,进一步隐藏了二维矩阵信息。
步骤S4:根据目标直方图获取密文矩阵,完成网络信息的数据加密。
具体的,创建一个空白矩阵,将目标直方图中每个特征块类型下的特征块投射到空白矩阵中,并在矩阵的空白位置填“0”,从而获得密文矩阵。
目标直方图中每个特征块类型下的特征块投射到空白矩阵中的方式不唯一,实施者可根据实际情况进行投放。
至此,完成对获取的网络信息的数据的加密。因为在实际中网络信息涉及传输与接收,所以加密后的数据需要进行解密操作,因此,可以通过解密确定网络信息的数据的安全性与完整性。解密的操作如下:
根据每个特征块在二维矩阵中的位置,得到每个特征块类型下的特征块在二维矩阵中的位置序列作为第一密钥;将统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量与统一数量之间的差值作为第二密钥;
通过局部窗口获取密文矩阵的特征块,根据密文矩阵的特征块获得目标直方图,基于第二密钥中的差值,根据目标直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量得到统计直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量;根据第一密钥和统计直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量,还原得到二维矩阵,将二维矩阵转换为编码序列,然后对编码序列进行解码,获得原始数据。
具体过程为:通过局部窗口获取密文矩阵的特征块,根据密文矩阵的特征块获得
目标直方图,将第二密钥与目标直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量相加,获
得每个特征块类型下的新的特征块数量,根据新的特征块数量,将目标直方图转换为统计
直方图;统计直方图根据对应的第一密钥获得每个特征块类型下的特征块在二维矩阵中
的位置,进而获得二维矩阵,将二维矩阵转换为一维编码序列,然后对一维编码序列进行解
码,获得原始数据。
至此,本发明结束。
需要说明的是:上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中,多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.网络信息的数据安全加密方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
获取网络信息的原始数据,将原始数据进行编码得到编码序列,将编码序列转换为二维矩阵;
构建设定尺寸的局部窗口,通过局部窗口获取二维矩阵中局部特征对应的特征块,统计特征块类型,根据每个特征块类型下的特征块数量,构建特征块的统计直方图;
将统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量转换为统一数量,获取新的统计直方图作为目标直方图;
根据目标直方图获取密文矩阵,完成网络信息的数据加密;
所述完成网络信息的数据加密后,包括:
根据每个特征块在二维矩阵中的位置,得到每个特征块类型下的特征块在二维矩阵中的位置序列作为第一密钥;将统计直方图中每个特征块类型下的特征块数量与统一数量之间的差值作为第二密钥;
通过局部窗口获取密文矩阵的特征块,根据密文矩阵的特征块获得目标直方图,基于第二密钥中的差值,根据目标直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量得到统计直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量;根据第一密钥和统计直方图中对应的每个特征块类型下的特征块数量,还原得到二维矩阵,将二维矩阵转换为编码序列,然后对编码序列进行解码,获得原始数据。
2.如权利要求1所述的网络信息的数据安全加密方法,其特征在于,所述通过局部窗口获取二维矩阵中局部特征对应的特征块,包括:
局部窗口对应的二维矩阵中的局部元素,构成一个特征块。
4.如权利要求1所述的网络信息的数据安全加密方法,其特征在于,所述根据目标直方图获取密文矩阵,包括:
创建一个空白矩阵,将目标直方图中每个特征块类型下的特征块投射到空白矩阵中,构成密文矩阵。
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