[发明专利]一种基于组合细胞自动机的多媒体加密及解密方法

权利要求书

1.一种基于组合细胞自动机的多媒体加密方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：伪随机数发生器生成两个随机序列key1和key2；

S2：数据预处理：将数据处理为二维数据，数据不够的地方，使用key1对其填满；

S3：构建可逆细胞自动机：使用key1对明文C₀加密一次得到C₁，将C₀和C₁作为初始加密数据，以构建可逆细胞自动机；

S4：细胞自动机演化：从key1中选取两部分，作为细胞自动机的加密规则号r1，r2，得到全局演化函数G，使得C_t+1＝G(C_t,C_t-1)，并使用key1对边界进行填满，使用key2来控制细胞自动机的演化模型，对C₀和C₁进行演化操作，分别得到密文C_n以及尾数据C_n+1,其中，t为时间点，n为演化次数的两倍；

S5：判断C_n是否符合雪崩效应，如果否，则采用细胞自动机继续演化，如果是，停止演化，得到明文C₀的密文C_n。

2.根据权利要求1所述的多媒体加密方法，其特征在于：在步骤S4中，演化操作执行前，还包括置乱步骤：通过置乱操作方法对C₀和C₁进行置乱操作。

3.根据权利要求2所述的多媒体加密方法，其特征在于：所述置乱操作方法包括Arnold算法或Baker算法。

4.根据权利要求1-3任一项所述的多媒体加密方法，其特征在于：在步骤S1中，所述伪随机数发生器的处理方法包括如下步骤：

S11：随机生成2l位比特流种子，设定时间点参数t＝0；

S12：将种子平均分为长度为l的两部分，作为初始值存储在A^(-1)和A⁽⁰⁾中；

S13：由A^(t-1)决定时间点t、位置i的细胞状态S_i^(t)中使用的规则和应用的细胞；

S14：按照规则生成下一个状态A^(t+1)，A^(t)、A^(t-1)被演进，时间点t增加1；

S15：判断t是否大于用于产生所需伪随机数长度的重复计数器R，如果否，返回执行步骤S12，如果是，结束进化，产生最终的随机序列A＝A⁽¹⁾A⁽²⁾……A^(R)。

5.根据权利要求4所述的多媒体加密方法，其特征在于：选取明文数据C₀的一部分数据作为伪随机数发生器的初始数据，所述随机序列key1和key2的长度为128位。

6.根据权利要求5所述的多媒体加密方法，其特征在于：在步骤S2中，对于图像数据，假设像素值为n×m，每个像素点取值是0-255，将每个像素点转换成8位二进制串，则矩阵大小为n×m×8；对于音频数据，将连续的二进制串转换成长n与宽m相差最小的矩阵，并且对于缺少数据的地方，使用随机序列key1中的值将其填满。

7.根据权利要求6所述的多媒体加密方法，其特征在于：在步骤S4中，从key1中截取前后各64位，作为规则号r1，r2，所述演化操作方法为：从首位开始，如果key2中该位值为0，则对应的细胞单元使用X型模型以及规则号r1进行加密，如果为1，则使用二维冯诺依曼型模型以及规则号r2进行加密。

8.根据权利要求6所述的多媒体加密方法，其特征在于：将所述C₀和C₁分割为多个部分，并行演化操作，在步骤S5中，将得到的分割密文合并为整体的密文C_n。