(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210777849.4 (22)申请日 2022.07.04 (71)申请人 中国矿业大 学 地址 221008 江苏省徐州市泉山区中国矿 业大学文昌校区东21号楼1单 元102室 (72)发明人 张晓强　田婧希　闫轩岗　 (51)Int.Cl. H04L 9/00(2022.01) H04L 9/06(2006.01) H04L 9/08(2006.01) H04N 1/32(2006.01) (54)发明名称 基于RNA编码和三维动态S盒的图像加密方 法 (57)摘要 每天都有大量的图像生成并分布在各个领 域。 为保护图像信息不被窃取， 解决常规图像加 密方法密钥更新不及时， 安全性和可靠性较差， S 盒更新不及时且复杂 度低等问题， 提高网络传输 过程中加密的安全性， 提出了一种基于RNA和动 态混沌S盒的图像加密方法。 该方法通过明文 图 像和当前时间的哈希值生成密钥， 同时实现 “一 图一密”和“一次一密 ”， 实现密钥的及时更新。 设 计了一个动态混沌S盒用于替换， 解决常规图像 加密方法S盒不及时更新且复杂度低的问题。 实 验结果与对比分析表明， 该方法具有极高的安全 性和可靠性。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115150059 A 2022.10.04 CN 115150059 A 1.基于RNA编码和三维动态S盒的图像加密方法， 其特 征在于， 加密过程包括如下步骤： 步骤1： 密钥生成： 令计算机当前系统时间为 T， 明文图像 I1大小为m×n， 对T和I1执行 SHA‑256算法， 可产生2个长度均 为256比特的哈希值 H1=j1, j2,  …, j256和H2=k1, k2,  …,  k256； 分别取H1和H2的前128比特， 并组合 生成256比特的哈希值 H， H=h1, h2,  …, h32，    （1） 其中，h1, h2,  …, h32的长度均为8比特； 随机选择外部参数 c1, c2, c3, c4作为用户密 钥， 则可计算初始值 x0, y0, z0, v0得： ，   （2） 其中， mod( •)表示取模函数， log( •)表示对数函数， bin2dec(•)表示二进制转十进制函 数，⊕表示异或运 算； 步骤2： 混沌序列生成： 利用初始值 x0, y0, z0, v0迭代公式 （3） 所示的四维Rossler超混 沌系统1024次， 可 得4个长度均为1024的混沌序列 X, Y, Z, V， ；                                                        （3） 步骤3： 混沌序列整数化： 利用公式 （4） 将 X, Y, Z, V整数化， ，                         （4） 其中，floor(•)为向下取整函数， X1, Y1, Z1, V1为产生的整数混沌序列； 步骤4： 动态混沌S 盒生成：X1, Y1, Z1, V1分别进行四等分操作， 可得16个长度均为256 比特的混沌子序列 W1, W2,  …, W16； 将W1, W2,  …, W16转化成16个大小为16 ×16的S盒S1,  S2,  …, S16， 可构成一个16 ×16×16的三维动态S盒 SD； 步骤5： S盒替换： 将 I1中的像素值用8位二进制数表示， 选取每个像素的前4位作为 SD中 替换元素的行坐标值， 后 4位作为SD中替换元素的列坐标值， 中间4位决定 SD层数， 即决定从 S1, S2,  …, S16选取哪个S盒； 利用 SD对I1中的所有像素进行替换， 可得一个大小为 m×n的 替换图像 I2； 步骤6： 设计RNA编码规则： 计算， ，                       （5） 步骤7： RNA序列洗牌置乱： RNA编码规则为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115150059 A 2利用RNA编码规则 r1对I2进行RNA编码， 可得一个长度为4 mn的RNA序列 L2； 利用Fisher ‑ Yates洗牌 算法置乱 L2， 可得一个长度为 4mn的置乱RNA序列 L3； 步骤8： RNA扩散： RNA加法运 算规则为： RNA减法运 算规则为： 将L3转化为4个大小为 m×n的RNA矩阵R1, R2, R3, R4， 计算， ，                                                （6） 其中， 表示RNA加法运算和RNA减法运算， R1e, R2e, R3e, R4e是扩散后的RNA矩阵； 按照RNA解码规则 r2对R1e, R2e, R3e, R4e进行解码， 可 得一个大小为 m×n的加密图像 E。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115150059 A 3