[发明专利]面向有限计算精度环境的基于公钥和分组混沌系统的一次一密图像加解密方法及装置

说明书

本发明公开一种面向有限计算精度环境的基于公钥和分组混沌系统的一次一密图像加解密方法及装置，该方法由明文生成哈希值H，并把H作为公钥通过公网传输给解密方，之后利用H和私钥SK的哈希值K作为密钥生成加密混沌序列，但该密钥K不需要传输给解密方；采用分组混沌系统生成多组混沌子序列，而且要求每个子序列中随机数的数量尽可能地少；且只需要进行一个轮次的扩散和置乱操作。本发明可以极大地降低密钥的传输成本，不仅可以确保在有限计算精度环境下的密钥空间大于2supgt;120/supgt;，而且可以确保即使在有限计算精度下混沌轨迹周期缩短条件下的安全性依然有效，且在确保安全性的条件，大幅降低了加解密的时间开销。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，尤其涉及一种面向有限计算精度环境的基于公钥和分组混沌系统的一次一密图像加解密方法及装置。

背景技术

随着信息技术的快速发展，大量的敏感图像需要借助互联网和无线网络传输，致使图像的安全性成为一个需要解决的问题，基于混沌系统的密码学是一个广受关注的图像保护技术。然而现有的大多数一次一密混沌图像密码系统面临着密钥传输成本高、计算成本高和在有限的计算精度环境下无法抵抗暴力攻击的问题。

1998年基于混沌的置乱扩散网络被首次提出(Fridrich)，此后20多年来，基于Fridrich框架的图像加密体系得到了广泛的研究，提出了大量的混沌图像加密方法，这些方法可以分为非一次一密方法和一次一密(one-time pad,OTP)方法。前一类方法其密钥对明文图像不敏感，导致抵抗明文攻击或选择密文攻击的能力较差。后一类方法其密钥对明文图像敏感，具有较强的抵抗各种攻击的能力。现有OTP混沌图像加密方法为了增强图像加密方法的安全性通常使用多次置乱-扩散操作，这种加密方法在使密文像素的概率分布更均匀和相邻像素的相关性更低的同时，也大幅加重加密方法的计算代价。此外，为了增加混沌系统抵抗已知明文攻击和统计攻击的能力，现有的OTP混沌图像加密方法往往采用高维混沌系统生成加密序列，但是高维混沌系统的计算开销一般远大于低维混沌系统，这又进一步增加了系统的计算负担。这一问题致使现有加密方法的实时性较低，缺乏实用性。

为了解决现有的OTP图像加密方法大部分都严重依赖于专用信道来传输密钥这一问题，YE等人提出了基于RSA的加密方法(Ye G,Jiao K,Wu H,et al.An asymmetric imageencryption algorithm based on a fr actional-order chaotic system and the RSApublic-key cryptosystem[J].International Journal of Bifurcation and Chaos,2020,30(15):2050233.)，Li等人提出了基于椭圆曲线的加密方法(Li D,Li J,Di X,etal.Design of cross-plane colour image encryption based on a new 2D chaoticmap and combination of ECIES framework[J].Nonlinear Dynamics,2023,111(3):2917-2942.)，Liu等人提出了基于隐写的加密方法(Liu J,Wang Y,Han Q,et al.Asensitive image encryption algorithm based on a higher-dimensional chaoticmap and steganography[J].International Journal of Bifurcation and Chaos,2022,32(01):2250004.)。基于RSA和基于椭圆曲线的加密方法，分别使用RSA和椭圆曲线函数生成公钥和私钥，它们的公钥可以通过公共信道传输。但在解密时，私钥需要借助公钥获取，这两类方法的私钥的获取过程的计算开销非常大。基于隐写的加密方法，将作为密钥的明文图像哈希值嵌入到密文图像中，但这种方法不仅会造成明文图像的丢失，而且还依赖于嵌入图像加密方法的安全性。但是嵌入图像的加密方法则是非一次一密类方法，存在着等价密钥，致使其安全性较低，嵌入的密钥较易被破解。