一种基于随机权重的混沌加解密方法及系统与流程

本发明涉及信息安全，尤其涉及一种基于随机权重的混沌加解密方法及系统。

背景技术：

1、近些年，越来越多的图像数据在网络中传输及存储。在各行各业中，信息的私密性已经成为了一个至关重要的问题。传统的加密算法，例如des、aes、rsa等算法，只适用于文本结构数据，并不适合对图像数据进行加密。为了解决图像加密的问题，混沌加密算法被提了出来。混沌加密算法的主要优势在于秘钥空间从整数空间拓展至实数空间，以及对系统初始值的极度敏感。因此，混沌加密算法一般将系统初始值设置为秘钥。

2、目前的混沌加密算法具有混沌映射弱、对某类攻击的抵抗力弱、对明文和秘钥不够敏感、秘钥空间小等弱点。虽然各种混沌加密算法层出不穷，也有一定的加密效果，但是这些加解密算法严重依赖于非线性函数的内部特性，也没有拓展秘钥空间，对秘钥安全性的提升比较有限，容易被破解。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种基于随机权重的混沌加解密方法及系统，用于解决如下技术问题：现有的混沌加解密算法严重依赖于非线性函数的内部特性，没有拓展秘钥空间，对秘钥安全性的提升比较有限，容易被破解。

2、本发明实施例采用下述技术方案：

3、一方面，本发明实施例提供了一种基于随机权重的混沌加解密方法，具体包括：在加密阶段，将原始图像注入洛伦兹混沌系统的不同子系统中，得到多个初始密文；

4、通过随机权重，对所述多个初始密文进行线性组合，得到所述原始图像的密文数据；

5、在解密阶段，基于所述子系统的数量，生成权重矩阵及辅助密文；

6、基于所述权重矩阵及辅助密文，对所述加密图像进行解密，得到所述原始图像。

7、在一种可行的实施方式中，在加密阶段，将原始图像注入洛伦兹混沌系统的不同子系统中，得到多个初始密文，具体包括：

8、获取所述洛伦兹混沌系统的状态空间表达式，并根据所述状态空间表达式中的多个系统状态，划分为三个不同的子系统；

9、在加密阶段，分别将三个子系统的系统状态初始值作为加密的初始秘钥，对所述原始图像进行加密，得到对应的三个初始密文。

10、在一种可行的实施方式中，通过随机权重，对所述多个初始密文进行线性组合，得到所述原始图像的密文数据，具体包括：

11、分别为每个初始密文生成随机权重，并根据，对所述多个初始密文进行线性组合，得到密文数据表达式 c( t)；

12、其中， y1( t)、 y2( t)、 y3( t)分别为三个子系统输出的初始密文， w1、 w2、 w3分别为三个初始密文对应的随机权重。

13、在一种可行的实施方式中，在解密阶段，基于所述子系统的数量，生成权重矩阵及辅助密文，具体包括：

14、在解密阶段，向加密模块发送解密请求，并在所述加密模块中生成两组辅助权重；其中，每组辅助权重中均包含三个辅助权重；

15、将所述两组辅助权重与待求解的随机权重构建为所述权重矩阵；

16、在所述加密模块中，通过所述两组辅助权重分别对所述原始图像进行辅助加密，得到对应的两组辅助密文。

17、在一种可行的实施方式中，通过所述两组辅助权重分别对所述原始图像进行辅助加密，得到对应的两组辅助密文，具体包括：

18、在所述加密模块中，将所述权重矩阵定义为：；其中，与为所述两组辅助权重；

19、通过所述两组辅助权重，分别对原始图像的三个初始密文进行线性组合，得到对应的两组辅助密文：；；其中， y1( t)、 y2( t)、 y3( t)分别为三个子系统输出的初始密文。

20、在一种可行的实施方式中，基于所述权重矩阵及辅助密文，对所述加密图像进行解密，得到所述原始图像，具体包括：

21、基于所述原始图像的密文数据以及所述辅助密文，定义密文向量；

22、根据每个子系统输出的初始密文，定义初始密文向量；

23、基于所述密文向量、所述权重矩阵以及所述初始密文向量，构造密文线性方程组，求解所述密文线性方程组的唯一解，得到所述权重矩阵的逆矩阵；

24、通过所述逆矩阵对所述加密图像进行解析，得到所述原始图像。

25、在一种可行的实施方式中，基于所述原始图像的密文数据以及所述辅助密文，定义密文向量；根据每个子系统输出的初始密文，定义初始密文向量，具体包括：

26、定义密文向量为；其中， c( t)为所述原始图像的密文数据， c1( t)为第一组辅助密文， c2( t)为第二组辅助密文；

27、定义初始密文向量为；其中， y1( t)、 y2( t)、 y3( t)分别为三个子系统输出的初始密文。

28、在一种可行的实施方式中，基于所述密文向量、所述权重矩阵以及所述初始密文向量，构造密文线性方程组，求解所述密文线性方程组的唯一解，得到所述权重矩阵的逆矩阵，具体包括：

29、当 t≥0时，得到密文线性方程组；其中， c( t)为所述密文向量， y( t)为所述初始密文向量， w为所述权重矩阵；

30、令权重矩阵 w的秩 rank( w)=3，此时权重矩阵为非奇异矩阵，所述密文线性方程组有唯一解，求解得到所述权重矩阵的逆矩阵。

31、在一种可行的实施方式中，通过所述逆矩阵对所述加密图像进行解析，得到所述原始图像，具体包括：

32、根据所述逆矩阵中的元素值，解析初始密文，得到三个初始密文为：

33、；

34、；

35、；

36、选择上述任意一个初始密文进行求导，并将选择的初始密文对应的子系统的初始秘钥代入求导公式中，计算原文数据，得到所述原始图像。

37、另一方面，本发明实施例还提供了一种基于随机权重的混沌加解密系统，所述系统包括：

38、加密模块，用于在加密阶段，将原始图像注入洛伦兹混沌系统的不同子系统中，得到多个初始密文；通过随机权重，对所述多个初始密文进行线性组合，得到所述原始图像的密文数据；

39、解密模块，用于在解密阶段，基于所述子系统的数量，生成权重矩阵及辅助密文；基于所述权重矩阵及辅助密文，对所述加密图像进行解密，得到所述原始图像。

40、与现有技术相比，本发明实施例提供的一种基于随机权重的混沌加解密方法及系统，具有如下有有益效果：

41、本发明提出的基于随机权重的混沌加解密算法，通过把原文注入到洛伦兹混沌系统的不同状态通道，引入相应的混沌加密子系统，并对子系统附加权重值，作为秘钥的一部分。此设计方法将权重添加在原有方案的初始值秘钥中，增加了秘钥长度，保证了安全性。

42、在解密过程中，需要向加密单元进行申请，加密模块随机发送两组由辅助随机权重整合的密文，解密单元才可以对秘钥进行求解，从而利用系统逆的手段，求解原文。本发明利用辅助密文的思想来求解原文。具体来说，由于线性方程组的系数矩阵不满秩，那么系统解将是无穷个，即使攻击者获取了密文，也无法求解出真正的权重，无法破解出原文。本发明为了能够成功解密，引入了辅助密文的思想，通过随机产生辅助密文，与需要求解的未知权重构成一个满秩的系数矩阵，从而利用系统逆的概念，求解出明文，提升了图像加密的安全性。