基于扑克和魔方模型的3D多图像加密方法及系统

本发明属于多图像加密，尤其涉及基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、随着科技的发展和人民生活水平的提高，对大量图像、高分辨率图像的安全防护成为问题，传统密码学方法难以高效地处理大量数据，而单图像加密方法在进行批量加密时的效率也难以满足需求；多图像加密方法的诞生大大提高了加密效率，其中结合跨图像加密操作更是增大了破译难度；然而现有的多图像加密方法常伴有像素扰乱不充分的问题，导致像素置乱能力不足、时间开销大，影响多图像加密的效果。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法及系统，结合混沌、sha函数，实现新的3d多图像加密方案，花费较小的时间开销充分扰乱像素，像素置乱能力强的同时时间开销较低，以高效而有效地保护图像安全。

2、为实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

3、本发明第一方面提供了基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法；

4、基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，包括：

5、获取待加密的多幅明文图像，通过分块、堆叠操作，构建3d立方体；

6、利用sha函数和交织logistic映射，为构建的3d立方体生成操作序列和3d密钥；

7、基于扑克和魔方模型，依据生成的操作序列，对构建的3d立方体进行平面旋转和洗牌，得到扰乱立方体；

8、将扰乱立方体与3d密钥逐位异或，得到密码立方体，将密码立方体展开生成多幅密文图像。

9、进一步的，所述为构建的3d立方体生成操作序列和3d密钥，具体为：

10、对3d立方体计算sha256，将得到的哈希值与预先选定的256位二进制用户密钥进行异或，得到一个256位二进制数；

11、利用得到的二进制数生成一个长度为32的十进制数组，并计算交织logistic映射的参数和初始值；

12、将参数和初始值进行交织logistic映射，得到混沌序列；

13、基于混沌序列，生成操作序列和3d密钥。

14、进一步的，所述扑克和魔方模型，包括魔方旋转模型和扑克洗牌模型。

15、进一步的，所述魔方旋转模型，通过多次迭代旋转平面扰乱像素位置。

16、进一步的，所述扑克洗牌模型，通过迭代操作打乱像素之间的层级关系，实现表层和里层的跨越。

17、进一步的，所述扑克和魔方模型，具体操作为：

18、(1)将3d立方体放置在三维坐标系中，定义x平面、y平面和z平面集合；

19、(2)分别对x平面、y平面进行平面旋转；

20、(3)对z平面进行切分，得到多个牌堆，对切分的牌堆进行重排；

21、(4)迭代执行步骤(2)-(3)，直到满足迭代次数，最终得到扰乱立方体。

22、进一步的，所述x平面：x坐标为固定值a的所有像素点的集合为第a个x平面；

23、所述y平面：y坐标为固定值b的所有像素点的集合为第b个y平面所述z平面：z坐标为固定值c的所有像素点的集合为第c个z平面。

24、本发明第二方面提供了基于扑克和魔方模型的3d多图像加密系统。

25、基于扑克和魔方模型的3d多图像加密系统，包括立方体构建模块、密钥生成模块、立方体扰乱模块和多图像加密模块：

26、立方体构建模块，被配置为：获取待加密的多幅明文图像，通过分块、堆叠操作，构建3d立方体；

27、密钥生成模块，被配置为：利用sha函数和交织logistic映射，为构建的3d立方体生成操作序列和3d密钥；

28、立方体扰乱模块，被配置为：基于扑克和魔方模型，依据生成的操作序列，对构建的3d立方体进行平面旋转和洗牌，得到扰乱立方体；

29、多图像加密模块，被配置为：将扰乱立方体与3d密钥逐位异或，得到密码立方体，将密码立方体展开生成多幅密文图像。

30、本发明第三方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法中的步骤。

31、本发明第四方面提供了电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现如本发明第一方面所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法中的步骤。

32、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

33、本发明很好地权衡了加扰效果与加扰效率，同时具有高密钥敏感性、低相关性、鲁棒性，可有效抵抗针对图像加密的各种攻击，加密质量高，从损失中恢复能力强；本发明每轮迭代涉及的像素数目多，且可据需求灵活选择迭代轮数，可一次性加密多张图像，并且实现跨图像加密，不仅提高了攻击者的攻击难度，而且提高了接收方在部分数据丢失情况下恢复图像信息的概率，因此本发明可以灵活高效地实现多图像安全保护。

34、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，其特征在于，所述为构建的3d立方体生成操作序列和3d密钥，具体为：

3.如权利要求1所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，其特征在于，所述扑克和魔方模型，包括魔方旋转模型和扑克洗牌模型。

4.如权利要求3所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，其特征在于，所述魔方旋转模型，通过多次迭代旋转平面扰乱像素位置。

5.如权利要求3所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，其特征在于，所述扑克洗牌模型，通过迭代操作打乱像素之间的层级关系，实现表层和里层的跨越。

6.如权利要求1所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，其特征在于，所述扑克和魔方模型，具体操作为：

7.如权利要求6所述的基于扑克和魔方模型的3d多图像加密方法，其特征在于，所述x平面：x坐标为固定值a的所有像素点的集合为第a个x平面；

8.基于扑克和魔方模型的3d多图像加密系统，其特征在于，包括立方体构建模块、密钥生成模块、立方体扰乱模块和多图像加密模块：

9.一种电子设备，其特征是，包括：

10.一种存储介质，其特征是，非暂时性地存储计算机可读指令，其中，当所述非暂时性计算机可读指令由计算机执行时，执行权利要求1-7任一项所述方法的指令。

技术总结
本发明提出了基于扑克和魔方模型的3D多图像加密方法及系统，涉及多图像加密技术领域，具体方案包括：获取待加密的多幅明文图像，通过分块、堆叠操作，构建3D立方体；利用SHA函数和交织Logistic映射，为构建的3D立方体生成操作序列和3D密钥；基于扑克和魔方模型，依据生成的操作序列，对构建的3D立方体进行平面旋转和洗牌，得到扰乱立方体；将扰乱立方体与3D密钥逐位异或，得到密码立方体，将密码立方体展开生成多幅密文图像；本发明结合混沌、SHA函数，实现新的3D多图像加密方案，花费较小的时间开销充分扰乱像素，像素置乱能力强的同时时间开销较低，以高效而有效地保护图像安全。

技术研发人员：傅蓉蓉,庄金成
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13