[发明专利]图像加密方法、装置及密钥流生成方法和密钥流生成器

说明书

本申请为发明名称为“一种图像加密方法及装置”的分案申请，原申请的申请日为2016.9.28，申请号为201610856467.5。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，尤其涉及一种图像加密方法、图像加密装置、密钥流生成方法和密钥流生成器。

背景技术

随着信息技术和互联网的不断发展，信息安全成了信息传输过程中应该考虑的首要问题。图像作为信息传输的主要载体，使得图像加密技术也成了信息安全领域研究的热点之一。

近年来，人们相继提出了诸多图像加密的方法。目前使用最广泛的一种图像加密方法是基于像素扰乱的图像加密方法，即对图像的行和列进行置乱。然而图像加密过程中一般会考虑两点：第一，计算开销是否在可接受的范围之内；第二，随机性是否满足要求。现有的图像加密算法在上述两个方面还有待提高。因此仍有必要开发一种在保障随机性的同时降低计算开销的图像加密方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有图像加密方法的随机性和计算开销有待优化的缺陷，提供一种将图像置乱与分块编码相结合的图像加密方法和图像加密装置，以及相应的密钥流生成方法和密钥流生成器。

本发明第一方面，提供了一种图像加密方法，包括以下步骤：

(1)基于初始值构造耦合映像格子序列，通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流，通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流；其中，建立基于二维动态映射的耦合映像格子模型，并采用所述耦合映像格子模型基于初始值x₀,y₀构造耦合映像格子序列(x,y)，其中x₀,y₀∈(0,1]；该耦合映像格子模型为：

其中，ε是耦合映像格子的耦合强度，f₁是下帐篷映射函数，f₂是逻辑映射函数；

(2)使用第一密钥流对原始图像进行置乱；

(3)使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据；其中，将置乱后的图像分列得到第i列的像素值为P_i(j)，i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分别为每行像素和每列像素；将第一列像素值与所述第二密钥流异或运算后作为第一列密文序列；将第i列像素值与所述第二密钥流异或运算后，再与前一列密文序列进行异或运算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N。

在根据本发明所述的图像加密方法中，所述通过对称矩阵变换将耦合映像格子序列处理成第一密钥流的步骤包括：

利用对称矩阵变换将耦合映像格子序列(x,y)的初始区间(0,1)变换到指定区间，输出(x',y')；

取(x',y')的下限值作为第一密钥流。

在根据本发明所述的图像加密方法中，所述通过密码置换盒对第一密钥流进行置换得到第二密钥流的步骤为：

通过以下公式计算第二密钥流：

其中SBox(c_i,d_i)为在二维表SBox中查找到的下标(c_i,d_i)对应的数值；(c_i,d_i)为第一密钥流的参数值；x_{1_b},y_{1_b}分别为初始值x₀,y₀的前8位；i＝2,3......,N时，x_{i_b},y_{i_b}分别为前一输出的密钥值分别进行比特位的左移运算和右移运算后得到。

在根据本发明所述的图像加密方法中，所述比特位的左移运算和右移运算中移动的比特数为2～4个比特。

本发明第二方面，提供了一种图像加密装置，包括：

密钥流生成器，用于生成第一密钥流和第二密钥流；

图像置乱单元，用于使用第一密钥流对原始图像进行置乱；

分块编码单元，用于使用第二密钥流对置乱后的图像进行分块编码，得到加密的图像数据；其中，将置乱后的图像分列得到第i列的像素值为P_i(j)，其中i＝1,2......,N；j＝1,2......,M；N和M分别为每行像素和每列像素；将第一列像素值与所述第二密钥流异或运算后作为第一列密文序列；将第i列像素值与所述第二密钥流异或运算后，再与前一列密文序列进行异或运算，得到第i列密文序列，其中i＝2,3......,N；