[发明专利]一种动态概率和空频域复合的图像选择性加密和解密方法

摘要

本发明提供一种动态概率和空频域复合的图像选择性加密和解密方法，将待加密图像MD5值和SHA‑1值复合以提高单Hash特征的抗冲撞能力，通过和用户密钥紧耦合来生成中间密钥参数用于概率区间划分、概率生成、待加密像素块筛选以及确定概率加密事件和变换参数。所设计的加密事件包括空域和频域置换操作以提高加密效率和避免频域系数溢出对恢复图像视觉质量的影响，所提方法对待加密图像的加密特征和用户密钥都进行了更新，使得不同加密次数下的密钥参数有很大不同同时又与待加密图像特征和用户密钥紧密关联，同时又可通过预先设定的加密阈值进行图像视觉质量和频域溢出筛选控制。在解密时，需首先恢复中间密钥集，再对筛选出的像素块执行逆向解密操作。

主权项

1.一种动态概率和空频域复合的图像选择性加密方法，其特征在于包括以下步骤：第1步：记待加密图像为A＝(ai,j)m×n且ai,j∈{0,1,…,255},i＝0,1,…,m‑1,j＝0,1,…,n‑1，设置加密次数t,t＞0，初始迭代控制参数k＝1，选定初始参数μ0∈[3.57,4]以及设定加密判断阈值δ,δ＞0，记A的MD5值和SHA‑1值分别为16进制数序列SMD5＝和SSHA‑1＝，将SMD5和SSHA‑1串联为16进制数序列Sms＝SMD5||SSHA‑1＝72,i＝0,1,…,71并初始化加密事件下标索引序列Sid为Sid＝<0,1,…,5>，其中“||”为比特位串串联操作符；第2步：将Sms映射为16进制序列Sh＝；第3步：将S_h均分成四部分，然后将转换为(0,1)范围内的10进制小数G_i,i＝0,1,…,3；第4步：将G3作为参数α，把G0,G1,G2映射为(0,1)范围内的10进制小数G′0,G′1,G′2，将G′0,G′1,G′2作为密钥参数Xinit,Yinit,xinit，即Xinit＝G′0,Yinit＝G′1,xinit＝G′2；第5步：将初始参数μ0作为系统参数，密钥参数xinit作为初始值产生5个(0,1)范围内的随机数作为序列Sp＝，由Sp构造(0,1)范围内的区间划分序列S′p＝，从而得到概率区间[0,p′0),[p′0,p′1),[p′1,p′2),[p′2,p′3),[p′3,p′4),[p′4,1]；第6步：将密钥参数Yinit,μ0映射为μ1∈[3.57,4]，由Xinit和μ1分别作为初始值和系统参数迭代产生(0,1)范围内的中间密钥参数Zinit；第7步：将Xinit,Yinit,Zinit作为初始值，迭代1次产生3个实值随机数依次作为参数X0,Y0,Z0；第8步：将X0,Y0映射为待加密图像A＝(ai,j)m×n上的随机点(r0,v0)；第9步：将(r0,v0)作为起点，从待加密图像A＝(ai,j)m×n筛选出Min＝(mu,w)4×4，计算Min的映射值Map(Min)，若Map(Min)≥δ则执行第10步，反之将xinit作为概率判断值P，将X0,Y0,Z0的映射值作为变换参数v，根据P所落入的概率区间和Sid，执行对应的空域和频域置换加密操作，然后对加密后的矩阵小块Mout计算映射值Map(Mout)；若Map(Mout)<δ，则将Mout中的像素依次作为待加密图像A＝(ai,j)m×n对应位置的像素，反之将Min中像素直接作为待加密图像A＝(ai,j)m×n对应位置像素；第10步：利用X0,Y0,Z0对Sid进行重排更新；第11步：利用X0,Y0,Z0对初始参数μ0和Sms＝72中的元素进行更新操作；第12步：若k≤t时，更新k＝k+1，反复执行第2步～第11步；第13步：将A＝(ai,j)m×n输出作为加密图像。