[发明专利]一种基于3D Growing Tree迷宫的数字置乱方法

说明书

本发明提供一种基于3D Growing Tree迷宫的数字置乱方法，预先对Growing Tree迷宫生成区域进行人为限定，从而可用于人为指定的任意3D封闭连通区域，同时按迷宫节点更新顺序对迷宫设定区域的每个节点赋予唯一的编号，由此产生迷宫设定区域所有节点的排列，在此基础上构造了基于3D Growing Tree迷宫节点更新序列和节点更新序列复合的置乱方法，从而可将所有节点置乱。本发明所给出的置乱方法具有普适性和灵活性，在使用过程中不存在任何限制，不仅能应用于传统置乱方法所针对的规则区域，例如正方形和矩形区域，也可用于任意选定的3D封闭连通不规则区域置乱。本发明也给出了用于图像位面立方体，RGB立方体和RGB通道立方体的图像置乱方法。

技术领域

本发明主要涉及信息安全和数字信号处理等交叉研究领域，具体为基于GrowingTree迷宫生成策略的数字置乱方法，特别涉及基于3D Growing Tree迷宫的数字置乱方法。

背景技术

近年来，伴随着计算机和网络技术的发展，越来越多的图像在网络中传输，在给用户提供方便的同时，也带来了一系列的安全隐患。对图像的不当使用和恶意篡改，不仅涉及个人隐私，也会给社会带来严重负面影响。保障图像的核心技术是数字图像加密。

在数字图像加密领域，研究最为广泛和灵活的一类图像加密方法，就是在同一空间内，对图像的重编码技术，即图像置乱技术。

随着计算机技术的飞速发展，数字图像置乱技术已成为数字安全传输和保密的主要手段。其基本思路就是把一幅图像经过一定的数学变换，转变成面目全非的另一幅图像，以起到对图像的安全保密作用。

数字图像置乱也是目前隐密术、数字水印、信息分存和可视密码技术中一项关键预处理技术。已受到了国内外学者的普遍重视，并取得了丰硕的研究成果。

数字图像置乱最初来源于有线电视信号加密，早期的置乱在位置空间进行，用于对图像像素位置打乱，这些置乱方法包括行倒置置乱、行平移置乱、行置换置乱、行循环置乱、行分量切割置乱等。随着置乱技术的不断发展，目前已提出的置乱方法多种多样，既可用于位置置换，也可用于灰度替代。

当前已提出的置乱方法主要有：基于离散元素序列的置乱方法、基于扫描路线的置乱方法、基于遍历矩阵的置乱方法、基于迭代函数系统的置乱方法、基于离散混沌映射的置乱方法、基于中国拼图的置乱方法和基于矩阵变换的置乱方法等。

目前尽管已提出了多种置乱方法，但传统置乱方法大多只能用于规则区域置乱，例如正方形和长方形区域，而不能对图像选定的任意不规则区域进行置乱。

例如基于Fibonacci序列和Lucas序列的置乱方法将置乱图像的宽、高拘泥为Fibonacci序列和Lucas序列元素；基于SCAN语言和Hilbert曲线的置乱方法将置换图像的大小约束为2ⁿ×2ⁿ的正方形图像；由于并非所有图像都存在骑士巡游路径，由此导致了基于骑士巡游的置乱方法只能用于图像宽、高在特定尺度上的图像；对于奇数阶幻方，其置乱图像边长为奇数，对于双偶阶幻方，其置乱图像边长为4的整数倍；由于任意阶的拉丁方并非都存在，基于拉丁方的置乱方法只能用于置乱图像边长为特定尺度的图像，例如边长为pⁿ且p为素数的图像；对于离散Kolmogorov Flows Map和亚仿射变换，只能用于置乱正方形图像；传统的基于矩阵的图像置乱方法，其基本表示形式为X^[i]＝(AX^[i-1])mod N，但由于只有一个尺度参数N，由此决定了基于矩阵的图像置乱方法只能用于置乱特定尺度的图像，例如正方形图像和对矩形图像的灰度进行置乱。