CN116055046B - 一种农产品在线安全交易系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据加密处理领域，具体涉及一种农产品在线安全交易系统，该系统包括：交易数据获取模块、密钥图像构建模块、分割码获取模块、交易数据加密模块、密文图像安全管理模块、交易数据解密模块，获取农产品交易数据，得到明文序列，根据明文序列以及第一密钥获取密钥图像，绘制密钥图像的灰度值累积分布直方图，进一步得到多个区间以及区间编码，根据区间编码将密钥图像转换为密钥编码矩阵；根据明文序列以及密钥图像获取密钥编码矩阵中每个元素的操作对象以及操作编号，进一步得到密钥编码矩阵中每个元素的操作结果，构成密文矩阵，根据每个区间的区间编码，将密文矩阵转换为密文图像。本发明密文图像复杂度高，可抵抗统计分析攻击。

Description

一种农产品在线安全交易系统

技术领域

本发明涉及数据加密处理领域，具体涉及一种农产品在线安全交易系统。

背景技术

农产品在线交易平台可为农户提供销售渠道，为消费者提供购买渠道，解决线下农产品买卖两难的问题。

农产品在线交易平台包含了大量的交易数据，交易数据涉及到农户以及消费者的隐私信息，为了确保农产品在线交易平台的安全性，需要对农产品在线交易平台包含的交易数据进行加密。

现有的加密方法多为分组加密，对于相同的数据组，采用同一个密钥加密的结果相同，使得最终的密文中包含了原始数据的规律，易被攻击者利用进行统计分析攻击。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种农产品在线安全交易系统，所述系统包括：

交易数据获取模块，获取农产品交易数据，对农产品交易数据进行编码得到明文序列；

密钥图像构建模块，根据明文序列获取密钥图像大小，根据第一密钥以及密钥图像大小获取灰度序列，根据灰度序列获取密钥图像；

分割码获取模块，绘制密钥图像的灰度值累积分布直方图，根据灰度值累积分布直方图获取多个分割码；根据分割码得到多个区间，根据第二密钥获取每个区间的区间编码；将密钥图像中每个像素点的灰度值所对应区间的区间编码作为每个像素点的编码，将所有像素点的编码构成密钥编码矩阵；

交易数据加密模块，将明文序列中每两个二进制位构成一个明文数据，将每个明文数据依次作为密钥编码矩阵中每个元素的操作对象；根据密钥图像中每个像素点的灰度值获取密钥编码矩阵中每个元素的操作编号；根据密钥编码矩阵中每个元素的操作对象以及操作编号获得密钥编码矩阵中每个元素的操作结果；将密钥编码矩阵中每个元素的操作结果构成密文矩阵；根据每个区间的区间编码，将密文矩阵转换为密文图像；

密文图像安全管理模块，对密文图像进行存储；

交易数据解密模块，对密文图像进行解密得到农产品交易数据。

优选的，所述根据明文序列获取密钥图像大小，包括的步骤为：

将明文序列的长度记为L，将

作为密钥图像的行，用M表示，将

作为密钥图 像的列，用N表示，其中

为向下取整符号，

为向上取整符号。

优选的，所述根据第一密钥以及密钥图像大小获取灰度序列，包括的步骤为：

将密钥图像大小记为

；根据第一密钥利用混沌映射的方法生成混沌序列，将 混沌序列中后

个元素分别乘以255之后并四舍五入取整，将得到的结果构成灰度序 列。

优选的，所述根据灰度值累积分布直方图获取多个分割码，包括的步骤为：

获取灰度值累积分布直方图中累积频率最接近25%、50%、75%的三个灰度值，分别作为第一分割码、第二分割码以及第三分割码。

优选的，所述根据分割码得到多个区间，根据第二密钥获取每个区间的区间编码，包括的步骤为：

将第一分割码、第二分割码以及第三分割码分别记为a、b以及c；

将[0,a]作为第一区间，将(a,b]作为第二区间，将(b,c]作为第三区间，将(c,255]作为第四区间；

将00、01、10、11四个二进制数随机排序得到的序列作为第二密钥；将第二密钥中每个元素依次作为每个区间的区间编码。

优选的，所述根据密钥图像中每个像素点的灰度值获取密钥编码矩阵中每个元素的操作编号，包括的步骤为：

获取密钥图像中每个像素点的灰度值除以4的余数，作为密钥图像中每个像素点在密钥编码矩阵中对应的每个元素的操作编号。

优选的，所述根据密钥编码矩阵中每个元素的操作对象以及操作编号获得密钥编码矩阵中每个元素的操作结果，包括的步骤为：

将密钥编码矩阵中每个元素分别作为待操作元素；

当待操作元素的操作编号为0时，对待操作元素与其操作对象进行加法运算，得到待操作元素的操作结果；当待操作元素的操作编号为1时，对待操作元素与其操作对象进行减法运算，得到待操作元素的操作结果；当待操作元素的操作编号为2时，对待操作元素与其操作对象进行异或运算，得到待操作元素的操作结果；当待操作元素的操作编号为3时，对待操作元素与其操作对象进行同或运算，得到待操作元素的操作结果。

优选的，所述根据每个区间的区间编码，将密文矩阵转换为密文图像，包括的步骤为：

对于密文矩阵中每个元素，获取与元素的值相同的区间编码，将区间编码对应的区间中随机一个整数作为元素的像素值；密文矩阵中所有元素的像素值构成密文图像。

本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明通过第一密钥构建密钥图像，通过密钥图像中像素点灰度值的分布设置多个区间，获取每个区间的区间编码，根据区间编码将密钥图像转换为密钥编码矩阵，使得密钥编码矩阵中所有数据均匀分布，增加了后续获得密文图像的复杂性，确保了农产品在线交易的安全性。本发明利用密钥图像中每个像素点的灰度值获取密钥编码矩阵中每个元素的操作编号，将明文序列中的明文数据作为密钥编码矩阵中每个元素的操作对象，通过结合操作编号以及操作对象对密钥编码矩阵中每个元素进行操作，得到密文矩阵，实现了将明文序列隐藏在密钥编码矩阵的密文矩阵中。根据区间编码将密文矩阵转换为密文图像，使得明文序列所隐藏的图像的复杂度进一步增加，对于明文序列中值相同的明文数据，其隐藏之后对应的密文图像中的像素点的灰度值完全不同，攻击者无法统计密文图像中的数据规律来破解密文图像，进一步确保了农产品在线交易的安全性。本发明中密钥为第一密钥和第二密钥，密钥长度短，密钥空间大，易于管理的同时安全性高。

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提供的一种农产品在线安全交易系统的系统框图；

图2为本发明的密钥图像；

图3为本发明的密钥编码矩阵。

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农产品在线安全交易系统，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。

下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种农产品在线安全交易系统的具体方案。

请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种农产品在线安全交易系统，该系统包括以下模块：

交易数据获取模块S101，获取农产品交易数据，对农产品交易数据进行预处理，获取明文序列。

获取农产品在线交易平台的农产品交易数据，如交易农产品类别、农产品交易时间、农产品交易金额以及交易双方的银行卡号等。

需要说明的是，农产品交易数据包含了多个类型的数据，数据的量纲不一，为了便于后续对农产品交易数据进行加密，需要将农产品交易数据转换成统一的数据格式。

在本发明实施例中，将农产品交易数据编码成二进制形式，作为明文序列。在本发明实施例中，编码方法为GBK编码，在其他实施例中，实施人员可根据实际情况选择需要的编码方法对交易数据进行编码。

需要说明的是，本实施例中是将涉及到某一类别的农产品的相关数据，如交易时间、交易金额以及交易双方的信息（银行卡号）等信息，编码成二进制形式时，信息的先后排序，可以根据实际情况进行确定，本实施例中不限定具体的二进制编码顺序，只要最后得到所有信息的明文序列即可。

密钥图像构建模块S102，构建密钥图像。

需要说明的是，本发明实施例的目的是，将明文序列隐藏在图像中，则需要构建一 个密钥图像。将明文序列的长度记为L，每个像素点可隐藏2bit的数据，为确保明文序列中 每个元素均可隐藏在图像中，构建的密钥图像的大小需满足像素点的个数大于等于

。

在本发明实施例中，首先获取密钥图像大小，具体为：

将明文序列的长度记为L，则将

作为密钥图像的行，用M表示，将

作为密钥 图像的列，用N表示，其中

为向下取整符号，

为向上取整符号。

需要说明的是，为了确保明文序列隐藏的隐蔽性，隐藏明文序列的图像需要足够混乱，本发明实施例根据混沌序列设置密钥图像。

在本发明实施例中，设置第一密钥

，其中

，

，

且

为整数。根据第一密钥

利用混沌映射的方法生成长度为

的混 沌序列，混沌序列中每个元素的取值范围为(0,1)，将混沌序列中第

到第

个元素 分别乘以255之后并四舍五入取整，得到

个[0,255]范围内的整数，构成灰度序列。

构建一个M×N的空图像，将灰度序列中每个元素依次填充到空图像中，将填充之后的图像作为密钥图像。

至此，获取了密钥图像。

需要说明的是，第一密钥由加密方和解密方事先约定，并单独存储在加密方和解密方的密钥设备上，如密钥U盘。为了提高农产品交易数据的安全性，第一密钥可定期更换。密钥图像在每次加密或解密前时由加密方、解密方根据第一密钥生成。

分割码获取模块S103，用于获取分割码，对密钥图像进行分割，获取密钥编码矩阵。

需要说明的是，明文序列为二进制形式，本发明通过对明文序列中二进制数据与密钥图像中像素点对应的数据进行运算，实现明文序列的隐藏。为了确保运算的可实施性，需要将密钥图像中所有像素点的灰度值映射成二进制数据。同时为了确保后续运算结果的复杂性，需要使得密钥图像中所有像素点的灰度值映射成的二进制数据均匀分布。因此本发明实施例通过绘制密钥图像的灰度值累积分布直方图设置分割码，根据分割码实现将密钥图像中所有像素点的灰度值映射成二进制数据。

在本发明实施例中，统计密钥图像中每种灰度值的频率，绘制灰度值累积分布直方图，获取灰度值累积分布直方图中累积频率最接近25%、50%、75%的三个灰度值，分别作为第一分割码a、第二分割码b以及第三分割码c。

将[0,a]作为第一区间，将(a,b]作为第二区间，将(b,c]作为第三区间，将(c,255]作为第四区间。

将00、01、10、11四个二进制数随机排序得到的序列作为第二密钥，例如本发明实施例的一个第二密钥为{10,11,00,01}。将第二密钥中每个元素依次作为每个区间的区间编码，例如将第二密钥{10,11,00,01}中的10作为第一区间[0,a]的区间编码，11作为第二区间(a,b]的区间编码，00作为第三区间(b,c]的区间编码，01作为第四区间(c,255]的区间编码。

将密钥图像中每个像素点的灰度值所对应区间的区间编码作为每个像素点的编码，所有像素点的编码构成密钥编码矩阵。例如第一区间、第二区间、第三区间、第四区间分别为[0,78]、(78,125]、(125,201]、(201,255]，第二密钥为{10,11,00,01}，密钥图像如图2所示时，得到的密钥编码矩阵如图3所示。

至此，获取了密钥编码矩阵。

需要说明的是，第二密钥由加密方和解密方事先约定，并单独存储在加密方和解密方的密钥设备上，如密钥U盘。为了提高农产品交易数据的安全性，第二密钥可定期更换。密钥编码矩阵在每次加密或解密时由加密方、解密方根据第二密钥以及密钥图像生成。

交易数据加密模块S104，结合密钥编码矩阵对明文序列进行加密，得到密文图像。

需要说明的是，本发明通过对明文序列中二进制数据与密钥编码矩阵中每个元素进行运算，实现明文序列的隐藏，二进制数据之间的运算包括加法运算、减法运算、异或运算以及同或运算，为了增加运算结果的复杂性，可为密钥编码矩阵中不同的元素设置不同的运算方式，本发明实施例根据密钥图像中每个像素的灰度值为密钥编码矩阵中对应的元素设置操作编号，进行密钥编码矩阵中元素与明文序列中二进制数据之间的运算，实现明文序列的隐藏。

在本发明实施例中，在明文序列后随机补充多个0或1，使得明文序列的长度达到M×N，将明文序列中每两个二进制位构成一个明文数据，如明文序列为{10011001}时，明文数据依次为10、01、10、01。将每个明文数据依次作为密钥编码矩阵中每个元素的操作对象。

获取密钥图像中每个像素点的灰度值除以4的余数，作为密钥图像中每个像素点在密钥编码矩阵中对应的每个元素的操作编号。

将密钥编码矩阵中每个元素分别作为待操作元素，根据待操作元素的操作对象以及操作编号进行操作，具体为：

当待操作元素的操作编号为0时，代表加法运算，对待操作元素与其操作对象进行加法运算，得到待操作元素的操作结果，例如待操作元素为01，待操作元素的操作对象为10时，操作结果为：01+10=11；

当待操作元素的操作编号为1时，代表减法运算，对待操作元素与其操作对象进行减法运算，得到待操作元素的操作结果，例如待操作元素为01，待操作元素的操作对象为10时，操作结果为：01-10=11；

当待操作元素的操作编号为2时，代表异或运算，对待操作元素与其操作对象进行 异或运算，得到待操作元素的操作结果，例如待操作元素为01，待操作元素的操作对象为10 时，操作结果为：01

10=11，其中

为异或运算符；

当待操作元素的操作编号为3时，代表同或运算，对待操作元素与其操作对象进行 同或运算，得到待操作元素的操作结果，例如待操作元素为01，待操作元素的操作对象为10 时，操作结果为：01

10=00，其中

为同或运算符。

将密钥编码矩阵中每个元素的操作结果构成密文矩阵。

密文矩阵中每个元素均为长度为2的二进制数，对于密文矩阵中每个元素，获取与该元素值相同的区间编码，将该区间编码对应的区间中随机一个整数作为该元素的像素值。密文矩阵中所有元素的像素值构成一幅图像，作为密文图像。

至此，获取了密文图像。

密文图像安全管理模块S105，对密文图像进行安全管理。

将密文图像以及明文序列的长度L存储在数据存储服务器。需要说明的是，密钥图像、密钥编码矩阵、密文矩阵均无需存储，第一密钥和第二密钥单独存储在加密方和解密方的密钥设备上，不随密文图像以及明文序列的长度L一同存储。

交易数据解密模块S106，对密文图像进行解密得到农产品交易数据。

当需要查看农产品交易数据时，需要对密文图像进行解密，具体为：

利用密钥图像构建模块以及分割码获取模块中的方法获取密钥图像以及密钥编码矩阵。利用分割码获取模块中的方法将密文图像转换为密文矩阵。

获取密钥图像中每个像素点的灰度值除以4的余数，作为密钥图像中每个像素点在密钥编码矩阵中对应的每个元素的操作编号。密文矩阵中每个元素为密钥编码矩阵中每个元素的操作结果，根据操作编号对应的运算方式以及操作结果，获取密钥编码矩阵中每个元素的操作对象。

将密钥编码矩阵中每个元素的操作对象构成一个一维的二值序列，获取二值序列中前L个比特位，作为明文序列。

利用交易数据获取模块中的编码方法对明文序列进行解码，得到农产品交易数据。

至此，完成了密文图像的解密，得到了农产品交易数据。

综上所述，本发明的系统包括交易数据获取模块、密钥图像构建模块、分割码获取模块、交易数据加密模块、密文图像安全管理模块、交易数据解密模块，本发明实施例通过第一密钥构建密钥图像，通过密钥图像中像素点灰度值的分布设置多个区间，获取每个区间的区间编码，根据区间编码将密钥图像转换为密钥编码矩阵，使得密钥编码矩阵中所有数据均匀分布，增加了后续获得密文图像的复杂性，确保了农产品在线交易的安全性。本发明实施例利用密钥图像中每个像素点的灰度值获取密钥编码矩阵中每个元素的操作编号，将明文序列中的明文数据作为密钥编码矩阵中每个元素的操作对象，通过结合操作编号以及操作对象对密钥编码矩阵中每个元素进行操作，得到密文矩阵，实现了将明文序列隐藏在密钥编码矩阵的密文矩阵中。根据区间编码将密文矩阵转换为密文图像，使得明文序列所隐藏的图像的复杂度进一步增加，对于明文序列中值相同的明文数据，其隐藏之后对应的密文图像中的像素点的灰度值完全不同，攻击者无法统计密文图像中的数据规律来破解密文图像，进一步确保了农产品在线交易的安全性。本发明实施例中密钥为第一密钥和第二密钥，密钥长度短，密钥空间大，易于管理的同时安全性高。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种农产品在线安全交易系统，其特征在于，所述系统包括：

交易数据获取模块，获取农产品交易数据，对农产品交易数据进行编码得到明文序列；所述农产品交易数据包括交易农产品类别、农产品交易时间、农产品交易金额以及交易双方的银行卡号；

密钥图像构建模块，根据明文序列获取密钥图像大小，根据第一密钥以及密钥图像大小获取灰度序列，根据灰度序列获取密钥图像；

分割码获取模块，绘制密钥图像的灰度值累积分布直方图，根据灰度值累积分布直方图获取多个分割码；根据分割码得到多个区间，根据第二密钥获取每个区间的区间编码；将密钥图像中每个像素点的灰度值所对应区间的区间编码作为每个像素点的编码，将所有像素点的编码构成密钥编码矩阵；

交易数据加密模块，将明文序列中每两个二进制位构成一个明文数据，将每个明文数据依次作为密钥编码矩阵中每个元素的操作对象；根据密钥图像中每个像素点的灰度值获取密钥编码矩阵中每个元素的操作编号；根据密钥编码矩阵中每个元素的操作对象以及操作编号获得密钥编码矩阵中每个元素的操作结果；将密钥编码矩阵中每个元素的操作结果构成密文矩阵；根据每个区间的区间编码，将密文矩阵转换为密文图像；

密文图像安全管理模块，对密文图像进行存储；

交易数据解密模块，对密文图像进行解密得到农产品交易数据；

所述根据明文序列获取密钥图像大小，包括的步骤为：

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为向上取整符号；

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个元素分别乘以255之后并四舍五入取整，将得到的结果构成灰度序列；

所述根据灰度值累积分布直方图获取多个分割码，包括的步骤为：

获取灰度值累积分布直方图中累积频率最接近25%、50%、75%的三个灰度值，分别作为第一分割码、第二分割码以及第三分割码；

所述根据分割码得到多个区间，根据第二密钥获取每个区间的区间编码，包括的步骤为：

将第一分割码、第二分割码以及第三分割码分别记为a、b以及c；

将[0,a]作为第一区间，将(a,b]作为第二区间，将(b,c]作为第三区间，将(c,255]作为第四区间；

将00、01、10、11四个二进制数随机排序得到的序列作为第二密钥；将第二密钥中每个元素依次作为每个区间的区间编码；

所述根据密钥图像中每个像素点的灰度值获取密钥编码矩阵中每个元素的操作编号，包括的步骤为：

获取密钥图像中每个像素点的灰度值除以4的余数，作为密钥图像中每个像素点在密钥编码矩阵中对应的每个元素的操作编号；

所述根据密钥编码矩阵中每个元素的操作对象以及操作编号获得密钥编码矩阵中每个元素的操作结果，包括的步骤为：

将密钥编码矩阵中每个元素分别作为待操作元素；

当待操作元素的操作编号为0时，对待操作元素与其操作对象进行加法运算，得到待操作元素的操作结果；当待操作元素的操作编号为1时，对待操作元素与其操作对象进行减法运算，得到待操作元素的操作结果；当待操作元素的操作编号为2时，对待操作元素与其操作对象进行异或运算，得到待操作元素的操作结果；当待操作元素的操作编号为3时，对待操作元素与其操作对象进行同或运算，得到待操作元素的操作结果；

所述根据每个区间的区间编码，将密文矩阵转换为密文图像，包括的步骤为：

对于密文矩阵中每个元素，获取与元素的值相同的区间编码，将区间编码对应的区间中随机一个整数作为元素的像素值；密文矩阵中所有元素的像素值构成密文图像。

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