[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

说明书

技术领域

本发明涉及多媒体加密领域，尤其涉及一种基于组合细胞自动机的多媒体加密方法，还涉及一种与所述多媒体加密方法相对应的解密方法。

背景技术

近年来，随着计算机网络与技术的快速发展，各行各业都开始更多的运用计算机技术，这其中就包括信息产业。人们的通信方式变得越来越多样化，并且越来越便捷，“信息”已经不再仅仅意味着简单的文字交流，如今图片、音频、视频等也是人们所常用的交流手段，这些多媒体信息已经深入到我们的日常生活中。然而，在交流变得便捷的同时，因为网络传输中的开放性，多媒体信息很容易被泄露。对于一些比较重要的多媒体数据，在传输的时候，我们需要对其安全性进行保障，以免被一些别有用心的攻击者截取或者损坏。与传统的文本信息不同，音频与图像数据量大、数据之间的冗余度高，传统的加密方法并不太适用于对其加密。所以，设计出一种适用于音频数据与图像数据的加密手段也变得非常重要。

发明内容

为解决现有技术中的多媒体数据加密不够完善，不够安全的问题，本发明提供一种基于组合细胞自动机的多媒体加密方法，还提供一种与所述多媒体加密方法相对应的解密方法。

本发明基于组合细胞自动机的多媒体加密方法包括如下步骤：

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。

本发明作进一步改进，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。

本发明作进一步改进，所述置乱操作方法包括Arnold算法或Baker算法。

本发明作进一步改进，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)。

本发明作进一步改进，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。

本发明作进一步改进，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。