專利名稱：基于壓縮編碼的gif圖像加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字圖像加密領(lǐng)域，特別是涉及一種GIF圖像加密方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信的快速發(fā)展和普及，越來越多的圖像和其它多媒體信息需要進(jìn)行存儲(chǔ)并在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸，由于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)及其廣泛存在的安全性漏洞，使得這些多媒體信息可能會(huì)被一些別有用心的攻擊者獲取并加以利用，從而帶來各種損失和危害，因此信息安全技術(shù)日益受到人們的重視。加密技術(shù)是保障信息安全的重要手段，然而，像DES、AES等傳統(tǒng)的加密手段存在著一些固有的弱點(diǎn)，比如加密速度不 高和沒有考慮到待加密的多媒體信息中的冗余信息，利用它們對(duì)多媒體信息進(jìn)行加密尚存在著眾多不如人意的地方。因此，目前已有許多研究者針對(duì)多媒體信息的格式展開研究，并提出了眾多與之相應(yīng)的加密技術(shù)?，F(xiàn)有的專門針對(duì)圖像數(shù)據(jù)的加密技術(shù)中，主要有基于壓縮編碼的加密和選擇圖像加密兩種圖像加密方式，基于壓縮編碼的加密方式由于能夠?qū)⒓用芎蛪嚎s編碼這兩個(gè)原本看似獨(dú)立的步驟融合到一起，從而可以在單個(gè)流程里同時(shí)完成數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)加密的功能，這種方式不僅簡(jiǎn)化了圖像數(shù)據(jù)處理的流程，也能夠顯著提高加密的效率。選擇圖像加密僅加密圖像中的重要數(shù)據(jù)部分，例如圖像空域數(shù)據(jù)的高位平面或者變換域中的重要系數(shù)。因?yàn)檫@些重要數(shù)據(jù)部分極大的影響了圖像內(nèi)容的呈現(xiàn)，我們可以通過加密少量數(shù)據(jù)來達(dá)到整幅圖像的安全性。在圖像加密領(lǐng)域，已有很多適應(yīng)于真彩圖像的加密方法，但針對(duì)GIF (GraphicsInterchange Format,圖像互換格式)等索引格式的加密方法仍不多見，GIF由CompuServe公司于1987年制定，并在1989年推出其增強(qiáng)版本，具有支持文本控制、動(dòng)畫播放等多種特性，其中的圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過LZW編碼(Lempel-Ziv-Welch Encoding)壓縮，存儲(chǔ)時(shí)占用空間較小，目前已被廣泛應(yīng)用于萬維網(wǎng)中，鑒于GIF應(yīng)用的廣泛性，有必要對(duì)其安全性加以考慮。首先，現(xiàn)在已經(jīng)有一些針對(duì)LZW編碼的加密算法，但是現(xiàn)有加密算法都是在LZW編碼時(shí)有新元素加入到字典中時(shí)(即針對(duì)當(dāng)前需要編碼的數(shù)據(jù)，字典中并沒有找到相應(yīng)的匹配項(xiàng))引入加密操作，但是，LZW編碼壓縮效果的好壞取決于匹配到字典中數(shù)據(jù)的次數(shù)，如果匹配次數(shù)越多，壓縮效果越好，另一方面，對(duì)于含有大量冗余信息(即可以充分壓縮)的數(shù)據(jù)，其安全性是比較低的，我們?cè)诩用軙r(shí)要充分掩蓋其明文的冗余信息分布規(guī)律；否者，攻擊者很可能利用這些冗余信息得到關(guān)于明文的信息。對(duì)于包含少量冗余信息(即不能大量壓縮)的數(shù)據(jù)，其安全性相對(duì)是比較高的，而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼的時(shí)候，當(dāng)數(shù)據(jù)包含大量冗余信息的時(shí)候，其字典匹配的次數(shù)會(huì)增加，反之會(huì)減少。因此，現(xiàn)有的基于LZW編碼的加密算法并不能根據(jù)圖像明文數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性提供相應(yīng)的加密強(qiáng)度的自適應(yīng)調(diào)整。其次，目前有些基于LZW編碼的加密算法，當(dāng)引入加密操作以后，會(huì)影響到LZW壓縮編碼的壓縮效果，增加了密文的體積。最后，現(xiàn)有在對(duì)GIF圖像進(jìn)行加密的研究上，并沒有考慮GIF顏色索引，而GIF顏色索引是GIF圖像數(shù)據(jù)的來源，因此對(duì)安全的影響非常大。因此本領(lǐng)域技術(shù)人員致力于開發(fā)一種更加安全的GIF圖像加密方法，并且在加密的同時(shí)不破壞GIF圖像壓縮的效果。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種更加安全和高效的GIF圖像加密方法，并且在加密的同時(shí)不破壞GIF圖像壓縮的效果。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于壓縮編碼的GIF圖像加密方 法，包括以下步驟步驟一、輸入GIF明文圖像；步驟二、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密或/和對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密步驟三、輸出GIF密文圖像；所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密按以下步驟進(jìn)行設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定GIF圖像的顏色列表中各顏色分量為 T (x，y)，T (x，y) G
，x、y 均為整數(shù)且 x G
, y G
；將密鑰流中的值Kn乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定加密后GIF圖像的顏色列表為T' (x, y);計(jì)算r(x,X) = JXuOeK1/得到加密后GIF圖像的顏色列表；所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密按以下步驟進(jìn)行SI、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂；S2、讀取輸入字符，并將該輸入字符賦值給前綴字符串《，直到數(shù)據(jù)流讀完，當(dāng)數(shù)據(jù)流讀取完時(shí)，輸出《在字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值；S3、判斷當(dāng)前字典中是否存在《Q，Q為輸入字符；當(dāng)前字典中存在coQ時(shí)，將coQ的值放入《的隊(duì)列清單；當(dāng)前字典中不存在《 Q時(shí)，輸出《在所述字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值；S4、設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，設(shè)定當(dāng)前匹配的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index ;當(dāng)隊(duì)列清單不為空時(shí)，取出隊(duì)列清單中隊(duì)首的值賦給Z ;計(jì)算/mfex = [/xKnJ ;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值，直到隊(duì)列清單為空；S5、設(shè)置字符串變量S，初始時(shí)所述字符串變量S為空；當(dāng)有字符串string需要加入到字典中時(shí)，判斷S是否為空；當(dāng)S為空時(shí)，將string賦值給S ;當(dāng)S不為空時(shí)，將S插入到字典中，然后將string賦值給S。較佳的，所述步驟SI中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行Al、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符；A2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i,將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目I ;A3、計(jì)算r = L^' X K n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素；A4、計(jì)算i, 二卜匕當(dāng);^彡2時(shí)，返回執(zhí)行步驟A2，否則結(jié)束置亂。較佳的，所述密鑰流由分段線性混沛映射迭代(Piecewise Linear ChaoticMap，PLCM)得到，由于利用分段線性混沌映射實(shí)現(xiàn)密鑰流的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)GIF圖像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)GIF圖像加密算法，能夠自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)調(diào)整加密的強(qiáng)度，具有較好的加密效率。進(jìn)一步的，還包括基于壓縮編碼的GIF圖像解密步驟第一步、輸入GIF密文圖像；第二步、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密或/和對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密第三步、輸出GIF明文圖像；所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密按以下步驟進(jìn)行設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定GIF圖像的顏色列表中加密后 的各顏色分量為T' (x，y)，x、y均為整數(shù)且x G
, y G
；將密鑰流中的值&乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定解密后GIF圖像的顏色列表為T (x，y)，T (x，y) G
;計(jì)算r(x,.v) = T\x,y) 得到解密后 GIF 圖像的顏色列表；所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密按以下步驟進(jìn)行BI、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂；B2、讀取第一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給記錄當(dāng)前碼字和上一次讀入的碼字的變量CODE和OLDcode ;所述變量CODE為當(dāng)前碼字的變量，所述變量OLDcode為上一次讀入的碼字；B3、在當(dāng)前字典中找到索引為CODE的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar，所述變量FINchar為用以記錄當(dāng)前輸出的最后一個(gè)字符的變量；B4、讀取下一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給變量CODE和記錄當(dāng)前輸入碼字的備份的變量INcode ；B5、設(shè)置標(biāo)志變量flag,所述標(biāo)志變量flag的初始值為false ；B6、判斷當(dāng)前字典中是否存在索引值為CODE的元素；在當(dāng)前字典中不存在索引值為CODE的元素時(shí)，將所述標(biāo)志變量flag賦值為true，輸出變量FINchar的值，將變量OLDcode賦值給元素索引值C0DE，并將字典中OLDcode和FINchar構(gòu)成的字符串的索引值賦給INcode ；在當(dāng)前字典中存在前綴字符串《，能夠使得所對(duì)應(yīng)的索引值為CODE時(shí)，則將Q的值壓入堆棧，并將前綴字符串《的索引賦值給C0DE，同時(shí)設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，在字典中的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index，計(jì)算= [yxl<n」;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值；B7、找到索引值CODE在字典中所對(duì)應(yīng)的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar ；B8、判斷堆棧是否為空；當(dāng)堆棧不為空時(shí)，按照后進(jìn)先出的原則循環(huán)輸出堆棧頂部的元素；B9、將(OLDcode，Q)加入當(dāng)前字典；B10、判斷flag的值，當(dāng)flag的值為true時(shí)，設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，(OLDcode, Q)在字典中的索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index，計(jì)算index = [/ X ICnJ ;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值。
B11、將INcode賦值給OLDcode，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟S4，直到數(shù)據(jù)流讀取完畢。較佳的，所述步驟BI中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行Cl、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符；C2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i,將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目Ien ;C3、計(jì)算r = |_/ X K n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素；C4、計(jì)算i' = i-1 ;當(dāng)i'≥2時(shí)，返回執(zhí)行步驟C2，否則結(jié)束置亂。
較佳的，所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明結(jié)合GIF壓縮編碼設(shè)計(jì)加密算法，能夠自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)調(diào)整加密的強(qiáng)度，具有較好的加密效率，考慮了 GIF圖像顏色索引和圖像數(shù)據(jù)的安全性，并對(duì)其分別進(jìn)行加密，具有較好的安全性，在引入加密操作后對(duì)GIF圖像壓縮效果沒有任何影響，并且在引入加密操作后保持了原GIF圖像的格式兼容性。


圖I是實(shí)施例一中基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法的流程示意圖。圖2是實(shí)施例二中基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法的流程示意圖。圖3是實(shí)施例三中基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法的流程示意圖。圖4是驗(yàn)證本發(fā)明采用的原始圖像效果圖。圖5是驗(yàn)證本發(fā)明時(shí)利用加密算法加密后的結(jié)果。圖6是驗(yàn)證本發(fā)明時(shí)正常解碼后的圖像。圖7是加密前明文圖像的直方圖。圖8是加密后密文圖像的直方圖。圖9是明文圖像的水平方向上兩個(gè)相鄰像素之間的相關(guān)性。圖10是明文圖像垂直方向上兩個(gè)相鄰像素之間的相關(guān)性。圖11是明文圖像對(duì)角線方向上兩個(gè)相鄰像素之間的相關(guān)性。圖12是密文圖像水平方向上兩個(gè)相鄰像素之間的相關(guān)性。圖13是密文圖像垂直方向上兩個(gè)相鄰像素之間的相關(guān)性。圖14是密文圖像對(duì)角線方向上兩個(gè)相鄰像素之間的相關(guān)性。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例一如圖I所示，一種基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，其特征在于包括以下步驟步驟一、輸入GIF明文圖像；步驟二、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密；所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密按以下步驟進(jìn)行設(shè)定密鑰流為K= {Kn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)，所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到，其為現(xiàn)有技術(shù)，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確理解，在此不過多說明；設(shè)定GIF圖像的顏色列表中各顏色分量為1'0^，7)，1'(\7) G
，x、y均為整數(shù)且X G
,y e [O，2]；將密鑰流中的值Kn乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定加密后GIF圖像的顏色列表為T, (x，y);計(jì)算r(x，j) = 7_(uO十f得到加密后GIF圖像的顏色列表；所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到。步驟三、輸出GIF密文圖像；步驟四、輸入GIF密文圖像；步驟五、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密；所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密按以下步驟進(jìn)行設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到，n為 正整數(shù)；設(shè)定GIF圖像的顏色列表中加密后的各顏色分量為T' (x，y)，x、y均為整數(shù)且X G
, y G
；將密鑰流中的值&乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定解密后GIF圖像的顏色列表為T (x，y)，T (x，y) G
;計(jì)算H.^v) = T'(x,y) 得到解密后GIF圖像的顏色列表；步驟六、輸出GIF明文圖像。實(shí)施例二 如圖2所示，一種基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，包括以下步驟步驟一、輸入GIF明文圖像。步驟二、對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密按以下步驟進(jìn)行SI、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂；其中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行Al、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符；A2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i,將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目Ien ;A3、計(jì)算r = \j X K n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素；A4、計(jì)算i' =IL-I^i'彡2時(shí),返回執(zhí)行步驟A2,否則結(jié)束置亂。S2、讀取輸入字符，并將該輸入字符賦值給前綴字符串《，直到數(shù)據(jù)流讀完，當(dāng)數(shù)據(jù)流讀取完時(shí)，輸出《在字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值；S3、判斷當(dāng)前字典中是否存在《Q，Q為輸入字符；當(dāng)前字典中存在coQ時(shí)，將coQ的值放入《的隊(duì)列清單；當(dāng)前字典中不存在《 Q時(shí)，輸出《在所述字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值；S4、設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)，其中所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到，設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，設(shè)定當(dāng)前匹配的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index ;當(dāng)隊(duì)列清單不為空時(shí)，取出隊(duì)列清單中隊(duì)首的值賦給Z ;計(jì)算//Kfex = XKn」!交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值,直到隊(duì)列清單為空；S5、設(shè)置字符串變量S，初始時(shí)所述字符串變量S為空；當(dāng)有字符串string需要加入到字典中時(shí)，判斷S是否為空；當(dāng)S為空時(shí)，將string賦值給S ;當(dāng)S不為空時(shí)，將S插入到字典中，然后將string賦值給S。步驟三、輸出GIF密文圖像。步驟四、輸入GIF密文圖像。
步驟五、對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密按以下步驟進(jìn)行BI、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂；所述步驟BI中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行C I、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符；C2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i,將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目I ;C3、計(jì)算r = [_/ X K. n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素； C4、計(jì)算i' = i-1 ;當(dāng)i'彡2時(shí)，返回執(zhí)行步驟C2，否則結(jié)束置亂。B2、讀取第一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給記錄當(dāng)前碼字和上一次讀入的碼字的變量CODE和OLDcode ;所述變量CODE為當(dāng)前碼字的變量，所述變量OLDcode記錄為上一次讀入的碼字，所述變量OLDcode用于將上一次讀入的碼字初始化為CODE ；B3、在當(dāng)前字典中找到索引為CODE的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar，所述變量FINchar為用以記錄當(dāng)前輸出的最后一個(gè)字符的變量；B4、讀取下一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給變量CODE和記錄當(dāng)前輸入碼字的備份的INcode ；B5、設(shè)置標(biāo)志變量flag,所述標(biāo)志變量flag的初始值為false ；B6、判斷當(dāng)前字典中是否存在索引值為CODE的元素；在當(dāng)前字典中不存在索引值為CODE的元素時(shí)，將所述標(biāo)志變量flag賦值為true，輸出變量FINchar的值，將變量OLDcode賦值給元素索引值CODE，并將字典中OLDcode和FINchar構(gòu)成的字符串的索引值賦給INcode ；在當(dāng)前字典中存在前綴字符串《，能夠使得所對(duì)應(yīng)的索引值為CODE時(shí)，則將Q的值壓入堆棧，并將前綴字符串《的索引賦值給C0DE，同時(shí)設(shè)定密鑰流為K=IKn
I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，在字典中的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為化(161，計(jì)算^^0 = ^><1^」;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值；B7、找到索引值CODE在字典中所對(duì)應(yīng)的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar ；B8、判斷堆棧是否為空；當(dāng)堆棧不為空時(shí)，按照后進(jìn)先出的原則循環(huán)輸出堆棧頂部的元素；B9、將(OLDcode，Q)加入當(dāng)前字典；B10、判斷flag的值，當(dāng)flag的值為true時(shí)，設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，(OLDcode, Q)在字典中的索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index，計(jì)算index = \_IxKn\ ;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值。B11、將INcode賦值給OLDcode，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟S4，直到數(shù)據(jù)流讀取完畢。步驟六、輸出GIF明文圖像。實(shí)施例三如圖3所示，一種基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，包括以下步驟步驟一、輸入GIF明文圖像；步驟二、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密并對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密按以下步驟進(jìn)行設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到，設(shè)定GIF圖像的顏色列表中各顏色分量為T(x, y)，T(x，y) G
，x、y均為整數(shù)且 x G
, y G
；將密鑰流中的值Kn乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定加密后GIF圖像的顏色列表為T, 0^);計(jì)算7^，7) = ^,3；) 得到加密后GIF圖像的顏色列表；所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密按以下步驟進(jìn)行SI、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂；
所述步驟SI中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行Al、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符；A2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i，將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目I ;A3、計(jì)算r = [_/ X K n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素；A4、計(jì)算i'彡2時(shí),返回執(zhí)行步驟A2,否則結(jié)束置亂。S2、讀取輸入字符，并將該輸入字符賦值給前綴字符串《，直到數(shù)據(jù)流讀完，當(dāng)數(shù)據(jù)流讀取完時(shí)，輸出《在字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值；S3、判斷當(dāng)前字典中是否存在《Q，Q為輸入字符；當(dāng)前字典中存在《0時(shí)，將
的值放入《的隊(duì)列清單；當(dāng)前字典中不存在《 Q時(shí)，輸出《在所述字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值；S4、設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，設(shè)定當(dāng)前匹配的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index ;當(dāng)隊(duì)列清單不為空時(shí)，取出隊(duì)列清單中隊(duì)首的值賦給Z;計(jì)算imfeY = L/xKn」；交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值，直到隊(duì)列清單為空；S5、設(shè)置字符串變量S，初始時(shí)所述字符串變量S為空；當(dāng)有字符串string需要加入到字典中時(shí)，判斷S是否為空；當(dāng)S為空時(shí)，將string賦值給S ;當(dāng)S不為空時(shí)，將S插入到字典中，然后將string賦值給S。步驟三、輸出GIF密文圖像；步驟四、輸入GIF密文圖像；步驟五、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密并對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密按以下步驟進(jìn)行設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定GIF圖像的顏色列表中加密后的各顏色分量為T' (x，y)，x、y均為整數(shù)且x G
, y G
；將密鑰流中的值&乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定解密后GIF圖像的顏色列表為T(x, y),T(x, y) G
;計(jì)算r(x，j) = 7>，刃 Kr/得到解密后GIF圖像的顏色列表;所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密按以下步驟進(jìn)行BI、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂；所述步驟BI中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行
Cl、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符；C2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i,將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目Ien ;C3、計(jì)算r = [_/ X K n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素；C4、計(jì)算i' = i-1 ;當(dāng)i'彡2時(shí)，返回執(zhí)行步驟C2，否則結(jié)束置亂。B2、讀取第一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給記錄當(dāng)前碼字和上一次讀入的碼字的變量CODE和OLDcode ;所述變量CODE為當(dāng)前碼字的變量，所述變量OLDcode為上一次讀入的碼字；B3、在當(dāng)前字典中找到索引為CODE的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar，所述變量FINchar為用以記錄當(dāng)前輸出的最后一個(gè)字符的變量； B4、讀取下一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給變量CODE和記錄當(dāng)前輸入碼字的備份的INcode ；B5、設(shè)置標(biāo)志變量flag,所述標(biāo)志變量flag的初始值為false ；B6、判斷當(dāng)前字典中是否存在索引值為CODE的元素；如果在當(dāng)前字典中不存在索引值為CODE的元素時(shí)，將所述標(biāo)志變量flag賦值為true，輸出變量FINchar的值，將變量OLDcode賦值給元素索引值C0DE，并將字典中OLDcode和FINchar構(gòu)成的字符串的索引值賦給INcode ；如果在當(dāng)前字典中存在前綴字符串《，能夠使得所對(duì)應(yīng)的索引值為CODE時(shí)，則將Q的值壓入堆棧，并將前綴字符串《的索引賦值給C0DE，同時(shí)設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到，設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，在字典中的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index，
=;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值；B7、找到索引值CODE在字典中所對(duì)應(yīng)的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar ；B8、判斷堆棧是否為空；當(dāng)堆棧不為空時(shí)，按照后進(jìn)先出的原則循環(huán)輸出堆棧頂部的元素；B9、將(OLDcode，Q)加入當(dāng)前字典；B10、判斷flag的值，當(dāng)flag的值為true時(shí)，設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，(OLDcode, Q)在字典中的索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index，計(jì)算index = [1 xKa\ ;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值。B11、將INcode賦值給OLDcode，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟S4，直到數(shù)據(jù)流讀取完畢。步驟六、輸出GIF明文圖像。為了驗(yàn)證提出的本文所提加密算法的正確性和安全性，我們采用國(guó)際上通用的USC-SIPI圖像測(cè)試庫對(duì)算法進(jìn)行了測(cè)試和驗(yàn)證，由于圖片庫中的圖像默認(rèn)是tiff格式，將其轉(zhuǎn)換成gif格式后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的加密算法達(dá)到了較好的安全性，在此以一幅大小為256X256的Lena圖像為例。圖4是原始圖像效果圖，圖5為利用加密算法加密后的結(jié)果，圖6為正常解碼后的圖像。從圖5我們可以看出加密后的圖片呈均勻噪聲分布，不能分辨出任何關(guān)于明文圖像的有意義的信息，而通過對(duì)比圖4與圖6，說明在給定正確密鑰的情況下解碼算法能夠精確恢復(fù)出明文圖像。統(tǒng)計(jì)分析是試圖利用密文統(tǒng)計(jì)特性恢復(fù)出明文信息，為了能夠抵擋攻擊者采用統(tǒng)計(jì)手段破解編碼信息，加密后的圖像應(yīng)具有均勻的直方圖，并且密文圖像相鄰兩像素的相關(guān)性也必須盡可能的低，本實(shí)驗(yàn)分別對(duì)明文和密文圖像的直方圖，及其相鄰像素的相關(guān)性進(jìn)行了測(cè)試。圖7為明文圖像的直方圖，圖8為密文圖像的直方圖，通過對(duì)比，明文直方圖的分布有多處峰值，而密文的直方圖已有了很大改善，在相關(guān)性測(cè)試中，測(cè)試了水平、垂直和對(duì)角三個(gè)方向上兩個(gè)相鄰像素之間的相關(guān)性。對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像分別隨機(jī)取出1000對(duì)像素點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)圖9至圖11可以看出，明文圖像中相鄰像素值呈帶狀分布，且測(cè)得其相關(guān)系數(shù)都在0.9以上，具有很高的相關(guān)性。而根據(jù)圖12至圖14可以看出，密文圖像中相鄰像素值的分布比較均勻，且測(cè)得其相關(guān)性在0. 02左右，因此可以看出按照本發(fā)明得到的密文圖像中相鄰像素的相關(guān)性已經(jīng)非常小，滿足安全性要求。以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無 需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一、輸入GIF明文圖像； 步驟二、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密或/和對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密 步驟三、輸出GIF密文圖像； 所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行加密按以下步驟進(jìn)行 設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定GIF圖像的顏色列表中各顏色分量為 T (x，y)，T (x，y) G [O，255]，x、y 均為整數(shù)且 x G [O，255]，y G
； 將密鑰流中的值Kn乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定加密后GIF圖像的顏色列表為T/ (x，y);計(jì)算r(x，.v) = r(u) KV得到加密后GIF圖像的顏色列表； 所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼加密按以下步驟進(jìn)行 51、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂； 52、讀取輸入字符，并將該輸入字符賦值給前綴字符串《，直到數(shù)據(jù)流讀完，當(dāng)數(shù)據(jù)流讀取完時(shí)，輸出《在字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值； 53、判斷當(dāng)前字典中是否存在《Q，Q為輸入字符；當(dāng)前字典中存在時(shí)，將的值放入《的隊(duì)列清單；當(dāng)前字典中不存在時(shí)，輸出《在所述字典中所對(duì)應(yīng)的元素索引值； 54、設(shè)定密鑰流為K=IKnI 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，設(shè)定當(dāng)前匹配的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index ;當(dāng)隊(duì)列清單不為空時(shí)，取出隊(duì)列清單中隊(duì)首的值賦給Z ;計(jì)算"Kfex = Px K1J ;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值，直到隊(duì)列清單為空； 55、設(shè)置字符串變量S，初始時(shí)所述字符串變量S為空；當(dāng)有字符串string需要加入到字典中時(shí)，判斷S是否為空；當(dāng)S為空時(shí)，將string賦值給S ;當(dāng)S不為空時(shí)，將S插入到字典中，然后將string賦值給S。
2.如權(quán)利要求I所述的基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，其特征是所述步驟SI中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行 Al、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符； A2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i，將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目I ; A3、計(jì)算r = |j X K n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素； A4、計(jì)算i' =1-1;當(dāng)1'彡2時(shí)，返回執(zhí)行步驟A2，否則結(jié)束置亂。
3.如權(quán)利要求I所述的基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，其特征在于還包括基于壓縮編碼的GIF圖像解密步驟 第一步、輸入GIF密文圖像； 第二步、對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密或/和對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密 第三步、輸出GIF明文圖像； 所述對(duì)GIF圖像的顏色列表進(jìn)行解密按以下步驟進(jìn)行設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定GIF圖像的顏色列表中加密后的各顏色分量為T/ (x，y)，x、y均為整數(shù)且x G [O，255], y G
； 將密鑰流中的值Kn乘以255后取整，得到Kn';設(shè)定解密后GIF圖像的顏色列表為T (x，y)，T (x，y) G
;計(jì)算r(x,.y) = T'(x,y) 得到解密后 GIF 圖像的顏色列表；所述對(duì)GIF圖像的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行LZW編碼解密按以下步驟進(jìn)行 B1、初始化字典，對(duì)所述字典進(jìn)行置亂； B2、讀取第一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給記錄當(dāng)前碼字和上一次讀入的碼字的變量CODE和OLDcode ;所述變量CODE為當(dāng)前碼字的變量，所述變量OLDcode為上一次讀入的碼字； B3、在當(dāng)前字典中找到索引為CODE的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar，所述變量FINchar為用以記錄當(dāng)前輸出的最后一個(gè)字符的變量； B4、讀取下一個(gè)輸入碼字，并將該輸入碼字分別賦值給變量CODE和記錄當(dāng)前輸入碼字的備份的變量INcode ； B5、設(shè)置標(biāo)志變量flag,所述標(biāo)志變量flag的初始值為false ； B6、判斷當(dāng)前字典中是否存在索引值為CODE的元素； 在當(dāng)前字典中不存在索引值為CODE的元素時(shí)，將所述標(biāo)志變量flag賦值為true，輸出變量FINchar的值，將變量OLDcode賦值給元素索引值CODE，并將字典中OLDcode和FINchar構(gòu)成的字符串的索引值賦給INcode ；在當(dāng)前字典中存在前綴字符串《，能夠使得《Q所對(duì)應(yīng)的索引值為CODE時(shí)，則將Q的值壓入堆棧，并將前綴字符串《的索引賦值給CODE，同時(shí)設(shè)定密鑰流為K=IKn I 0〈Kn〈l}，n為正整數(shù)；設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，《 Q在字典中的元素索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index,計(jì)算= |_1 XK1J ;交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值；B7、找到索引值CODE在字典中所對(duì)應(yīng)的元素Q，輸出Q并將Q賦值給變量FINchar ； B8、判斷堆棧是否為空；當(dāng)堆棧不為空時(shí)，按照后進(jìn)先出的原則循環(huán)輸出堆棧頂部的元素； B9、將(OLDcode，Q)加入當(dāng)前字典； B10、判斷flag的值，當(dāng)flag的值為true時(shí)，設(shè)定當(dāng)前字典中含有I個(gè)元素，(OLDcode，Q)在字典中的索引值為Z，設(shè)定一個(gè)隨機(jī)產(chǎn)生的元素索引值為index，計(jì)算=交換字典中Z和index兩個(gè)位置的元素值。
B11、將INcode賦值給OLDcode，然后繼續(xù)執(zhí)行步驟S4，直到數(shù)據(jù)流讀取完畢。
4.如權(quán)利要求3所述的基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，其特征是所述步驟BI中對(duì)所述字典進(jìn)行置亂按以下步驟進(jìn)行 Cl、初始化字典，使所述字典包含所有單個(gè)字符； C2、設(shè)定當(dāng)前需要置亂的元素索引為i，將i的值初始化為當(dāng)前字典中含有的元素?cái)?shù)目Ien ； C3、計(jì)算r = [i× X K n」，r為隨機(jī)數(shù)；交換字典中i和r兩個(gè)位置的元素； C4、計(jì)算i' =i-l;當(dāng)i'≥2時(shí)，返回執(zhí)行步驟C2，否則結(jié)束置亂。
5.如權(quán)利要求I或3所述的基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，其特征是所述密鑰流由分段線性混沌映射迭代得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于壓縮編碼的GIF圖像加密方法，屬于數(shù)字圖像加密領(lǐng)域，該算法通過選擇GIF圖像中的顏色列表和LZW壓縮編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。對(duì)顏色列表加密時(shí)，利用密鑰流對(duì)顏色列表中各顏色分量的值進(jìn)行混淆，從而能夠隱藏明文圖像顏色索引的信息；對(duì)LZW編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行加密時(shí)，則根據(jù)LZW壓縮的特點(diǎn)，選擇在字典詞條匹配時(shí)對(duì)編碼所用的字典進(jìn)行置亂，使得置亂算法能夠根據(jù)明文特性自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)調(diào)整加密的強(qiáng)度，具有更好的加密效率和安全性。本發(fā)明結(jié)合GIF壓縮編碼設(shè)計(jì)加密算法，同時(shí)考慮了GIF圖像顏色索引和圖像壓縮數(shù)據(jù)的安全性，并對(duì)其分別進(jìn)行加密，具有較好的安全性。在引入加密操作后對(duì)GIF圖像壓縮效果沒有任何影響，并且在引入加密操作后保持了原GIF圖像的格式兼容性。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102970530SQ20121040724
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者向濤, 王安, 肖迪, 周慶, 楊吉云 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)