[发明专利]基于改进约瑟夫遍历和广义Henon映射的图像加密与解密方法

权利要求书

1.基于改进约瑟夫遍历和广义Henon映射的图像加密方法，其特征在于包括以下步骤：

第1步：由用户选定a_s,b_s,a_l,b_l,a_d,b_d,a_M,b_M且a_d,a_s,a_l,a_M∈(1.98,2),b_d,b_s,b_l,b_M∈(-0.005,0)∪(0,0.0084)作为用户密钥，选择待加密图像A＝(P_i,j)_m×n且P_i,j∈[0,255]和迭代元素序列长度ll≥2000，将P_i,j按式(1)视为比特位串序列：

P_i,j＝<b_i,j,0,b_i,j,1,…,b_i,j,7>   (1)

式(1)中，b_i,j,0为当前像素P_i,j的最低位，b_i,j,7为当前像素的最高位；

第2步：记A的SHA-1值为S_SHA-1，，将S_SHA-1每4位2进制数看作1位16进制数，记其中每一位16进制数为S_SHA-1[i],i∈{0,1,…,39}，将其按式(10)分为4组，依次记为G₀,G₁,G₂,G₃，每组长度为10；

G0=<SSHA1[i]>,i∈{10,...,9}G1=<SSHA1[i]>,i∈{10,...,19}G2=<SSHA1[i]>,i∈{20,...,29}G3=<SSHA1[i]>,i∈{30,...,39}---(10)]]>

式(10)中，G₀,G₁,G₂,G₃分别按式(11)映射为和

x0V=fDecimal(GH[i],i∈{0,7})y0V=fDecimal(GH[i],i∈{1,8}),z0V=fDecimal(GH[i],i∈{2,9})V∈{s,l,d,M}H∈{0,1,2,3}---(11)]]>

式(11)中，每组G₀,G₁,G₂,G₃的前8位16进制数用于产生中间8位16进制数用于产生后8位被用于产生f_Decimal()为转小数函数，其功能为将8位16进制数直接转换为10进制纯小数；

第3步：将代入式(6)进行迭代,滤除前nn个迭代坐标后，nn≥200，迭代产生长度为ll的映射坐标序列，ll≥2000，依次记为并将其作为

xi+1=a-yi2-bziyi+1=xizi+1=yi---(6)]]>

式(6)中,当a∈(1.98,2)且b∈(-0.005,0)∪(0,0.0084)时，其不变分布变差较小，随机性较好；

第4步：将代入式(7)进行量化产生作为(i,j,k)_ll；

式(7)中，“”为向下取整函数；

第5步:将和依次代入式(6)产生长度为ll的3维元素序列，在产生迭代元素序列前，同样滤除前nn个映射坐标以消除暂态效应，记迭代产生的坐标序列分别为:和将其分别代入式(8)分别进行量化，记量化后的坐标依次为和

将作为将作为将作为(Mi,j,kx,Mi,j,ky,Mi,j,kz)ll;]]>

第6步：将A＝(P_i,j)_m×n转换为Α＝(b_i,j,k)_m×n×8;

第7步：对(i,j,k)所在的x,y,z方向的比特位串按式(4)依次进行置换，得置换后的比特位串若式(4)中的箭头方向逆置，则为逆变换；

ii→Qi,j,kx[ii]-1,ii∈[0,m-1]jj→Qi,j,kx[jj]-1,jj∈[0,n-1]kk→Qi,j,kx[kk]-1,kk∈[0,k-1]---(4)]]>

第8步：记邻近的4邻域比特位串依次为对其进行混淆加密按式(5)进行逐位异或混淆产生新的

Ni-1,j,kZ=Pi,j,kZ⊕Ni-1,j,kZNi,j-1,kZ=Pi,j,kZ⊕Ni,j-1,kZNi+1,j,kZ=Pi,j,kZ⊕Ni+1,j,kZNi,j+1,kZ=Pi,j,kZ⊕Ni,j+1,kZ---(5)]]>

第9步，反复执行第7步～第8步，直至(i,j,k)_ll序列中的所有元素都处理完毕；

以上加密方法执行t轮，t≥1，每轮都使用相同的S_SHA-1和a_s,b_s,a_l,b_l,a_d,b_d,a_M,b_M。

2.与权利要求1基于改进约瑟夫遍历和广义Henon映射的图像加密方法对应的图像解密方法，其特征在于包括以下步骤：

第1步：输入密钥a_s,b_s,a_l,b_l,a_d,b_d,a_M,b_M，及S_SHA-1，和迭代元素序列长度ll，ll≥2000，以及加密图像A′；

第2步：根据S_SHA-1，按式(10)计算G₀,G₁,G₂,G₃，按式(11)产生Henon映射初始值和

G0=<SSHA1[i]>,i∈{10,...,9}G1=<SSHA1[i]>,i∈{10,...,19}G2=<SSHA1[i]>,i∈{20,...,29}G3=<SSHA1[i]>,i∈{30,...,39}---(10)]]>

x0V=fDecimal(GH[i],i∈{0,7})y0V=fDecimal(GH[i],i∈{1,8}),z0V=fDecimal(GH[i],i∈{2,9})V∈{s,l,d,M}H∈{0,1,2,3}---(11)]]>

第3步：将代入式(6),滤除前nn个后，nn≥200，迭代产生ll个映射坐标序列，将其作为

xi+1=a-yi2-bziyi+1=xizi+1=yi---(6)]]>

第4步：将代入式(7)作为(i,j,k)_ll;

第5步:和依次代入式(6),滤除前nn个后迭代产生ll个映射坐标序列，按式(8)量化为(li,j,kx,li,j,ky,li,j,kz)ll,(Mi,j,kx,Mi,j,ky,Mi,j,kz)ll;]]>

第6步：将A′＝(P′_i,j)_m×n转换为Α′＝(b′_i,j,k)_m×n×8;

第7步：将(i,j,k)_ll序列中的每个元素，从最后一个3维坐标起，提取z方向的比特位串对和邻近的4邻域比特位串再次异或进行混淆解密；

第8步：将(i,j,k)_ll序列中的每个元素作为(b_i,j,k)_m×n×8的3维坐标，依次提取在z,y,x方向的比特位串按式(4)的逆变换和式(3)进行逆置换;

Qi,j,kx=fJosephus-3(m,si,j,kx,li,j,kx,di,j,kx,Mi,j,kx)Qi,j,ky=fJosephus-3(n,si,j,ky,li,j,ky,di,j,ky,Mi,j,ky)Qi,j,kz=fJosephus-3(8,si,j,kz,li,j,kz,di,j,kz,Mi,j,kz)---(3)]]>

ii→Qi,j,kx[ii]-1,ii∈[0,m-1]jj→Qi,j,kx[jj]-1,jj∈[0,n-1]kk→Qi,j,kx[kk]-1,kk∈[0,k-1]---(4)]]>

第9步，反复执行第7步～第8步，直至(i,j,k)_ll序列中的所有元素都处理完毕；

解密方法同样可执行t轮，t≥1，每轮都使用相同的S_SHA-1和a_s,b_s,a_l,b_l,a_d,b_d,a_M,b_M。