[发明专利]具有对称加密和无损压缩的编码方法、装置、设备及介质

说明书

本发明公开了一种具有对称加密和无损压缩的编码方法、装置、设备及介质，本发明兼具对称加密和无损压缩双重功能，通过对二进制序列进行分段交换编码并构建非线性轮函数作为加权概率模型的加权系数，然后基于加权概率模型进行编码，实现了对数据的无损压缩和对称加密，从数学模型上实现算法的内联，能够抵御线性攻击和差分攻击。加权系数为编码时的计算变量不改变数据中各符号的概率，使得数据的信息熵不会改变，相较于目前主流的熵编码和对称加密算法，本发明无损压缩可达信息熵，兼具高强度的对称加密，能有效降低硬件资源和运算能耗。而且本发明每个符号编码所使用的加权系数因非线性轮函数变化，使得加权概率模型编码后的长度具有随机性。

技术领域

本发明涉及数据编码技术领域，特别涉及一种具有对称加密和无损压缩的编码方法、装置、设备及介质。

背景技术

无损压缩算法(熵编码)已经被广泛应用于通信、存储等技术领域，常见的无损压缩算法有行程编码，字典编码，哈夫曼编码以及算术编码(区间编码)等。对称加密算法作为信息安全的核心工具，也被广泛应用于通信、交易、支付以及数据脱敏等领域，常见的对称加密算法有DES(Data Encryption Standard，数据加密标准)，AES(Advanced EncryptionStandard，高级加密标准)，Blowfish(一个对称加密块算法)等。

在系统应用中，无损压缩算法无法实现高强度对称加密，对称加密算法无法实现良好的压缩效果，对称加密和无损压缩均为信源编码，这类算法一般采用独立级联应用，因数据需通过先后两种算法的编译码，所以需两种算法的硬件资源和运算能耗。大数据环境下，对称加密和无损压缩采用算法内联可减少硬件资源和运算能耗。基于算术编码加密方法是一种算法内联方法，然而该方法编码数据中某一符号时通过混沌映射成另一符号，因映射方法确定，所以必然改变了原有数据的信息熵，使得压缩效果无法确定。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提出一种具有对称加密和无损压缩的编码方法、装置、设备及介质，无损压缩可达信息熵，具备高强度的对称加密，既能保障信息安全，又能有效降低硬件资源和运算要求。

本发明的第一方面，提供了一种具有对称加密和无损压缩的编码方法，包括以下步骤：

获取第一二进制序列，所述第一二进制序列至少包括原始明文；

对所述第一二进制序列进行分段交换，得到第二二进制序列；

随机生成二进制二维表，从所述二进制二维表中查找与所述第二二进制序列中第i位符号X_i对应的比特值，基于所述比特值构建非线性轮函数r(i)；

构建以所述r(i)、和作为编码参数的加权概率模型，根据所述加权概率模型按照编码公式和对所述第二二进制序列进行编码，直至编码完所述第二二进制序列中所有符号，并将编码完所述第二二进制序列中最后一位符号得到的值，作为编码结果；其中，所述所述c表示所述第二二进制序列中符号0的个数，所述n表示所述第二二进制序列的序列长度，所述表示符号0的加权概率质量函数，所述表示符号1的加权概率质量函数，所述L_i和所述R_i表示编码变量，所述L_i和所述R_i的初始值分别为0和1，所述表示所述第二二进制序列中第i位符号X_i的加权概率质量函数。

本发明的第二方面，提供了一种具有对称加密和无损压缩的编码装置，包括：

数据获取单元，用于获取第一二进制序列，所述第一二进制序列至少包括原始明文；

分段交换单元，用于对所述第一二进制序列进行分段交换，得到第二二进制序列；

轮函数生成单元，用于随机生成二进制二维表，从所述二进制二维表中查找与所述第二二进制序列中第i位符号X_i对应的比特值，基于所述比特值构建非线性轮函数r(i)；