[发明专利]基于易辛结构的可并行图加密方法

说明书

本发明公开了一种基于易辛结构的可并行图加密方法，按照以下步骤进行：S1、从存储系统中获取以图结构形式存储的待加密图数据I；S2、通过随机向量生成器，对待加密图数据I对应生成一个密钥向量K；S3、对待加密图数据I进行图结构识别，得到该待加密图数据I的图结构类型；S4：根据步骤S3得到的图结构类型，基于易辛模型构建对应的图加密算法，对待加密图数据I根据对应的密钥向量K进行加密后，输出加密图文件E。有益效果：能够高效并且安全灵活的对图进行加密，由于是并行加密，其效率更高。可以实现图加密所要求的可逆性、多样性、高效性、随机性和扩散性等要求。

技术领域

本发明涉及图加密技术领域，具体的说是一种基于易辛结构的可并行图加密方法。

背景技术

图(Graph)是一种由顶点和边组成的数学结构，在物理、化学、生物学、工程、计算机科学和社会科学等学科的研究中有着广泛的应用。此外，大量的科研和工程数据也以图的形式保存。若这些科研或工程数据涉及机密信息，则在通信和存储前应先加密。因此，图的加密具有重要的应用价值。

根据结构的不同，图可以分成许多种类，结合图1可以看出，最常见有一维结构、矩阵结构和树结构：其中：一维结构，是最基本的图结构，结合图1中a可以看出，结点在一维空间上按先后顺序排列；

矩阵结构，结合图1中b可以看出，结点在二维空间上按行和列的形式排列，例如数字图像就是一种矩阵结构；树结构，树结构也是最常见的数据结构之一，结合图1中c可以看出，结点之间具有“父子”关系，每个结点与零个至多个孩子结点相连，整个图看起来像一棵倒长的“树”。传统的加密算法将所有数据都看作一维结构，加密将破坏图的结构。对数字图像的加密是近年来的研究热点，其加密可以保留图像的矩阵结构。然而，目前对树和一般图的加密研究成果还很少，图1中d为一般图。

图的加密应满足以下要求：

(1)可逆性：对图的加密变换应是可逆的，以确保正确解密；

(2)多样性：树和一般图的结构比矩阵结构更丰富、更复杂，加密必须适应任意结构的图数据；

(3)高效性：科学研究和工程中的树和图包含的结点数可能在几十亿以上，这意味着加密必须简单高效，最好能支持并行计算；

(4)随机性：加密的结果应呈现随机性，以保证数据的安全性；

(5)扩散性：任意一个结点的变化将传播到其它结点，否则易受到密码学攻击。

要同时实现以上要求有较大的困难，不能满足人们的需求。

而现有的，易辛模型(Ising model)是Lenz提出的一个统计力学模型，(具体文献见(Slusarczyk，AndrzejWojciech Palacz，Barbara Strug，AnnaPaszyńska,An extended hierarchical graph-based building model for design andengineering problems,Automation in Construction,2017,74:95-102)用于研究晶体的磁性。从图2，显示了一个二维的易辛模型。它由许多格点构成，每个格点处于向上或向下的自旋状态。每个格点与相邻的上、下、左、右四个格点存在相互作用。当晶体处于绝对零度时，所有格点的状态统一向上或统一向下，系统就表现出铁磁性；升高到一定温度时，某些格点的状态受到扰动，从而使系统处于无序状态，表现为磁性的消失。

易辛模型可以用蒙特卡罗方法在计算机上模拟，其过程包括三个步骤(详见Newman M E J,Barkema G T,1999,Monte Carlo Methods in Statistical Physics(Oxford:Oxford University Press))：

Step 1.随机选择一个结点；