[发明专利]基于构造的二维可逆元胞自动机的图像加密方法

说明书

本发明公开了一种基于构造的二维可逆元胞自动机的图像加密方法，属于图像加密技术领域。本发明基于待加密图像的尺寸生成一组伪随机序列，并转化为对应的二维伪随机矩阵K₀，将其与图像矩阵的异或结果作为初始加密图像矩阵S₁，对其进行二进制转换后得到状态C₁，生成对应的二进制伪随机序列矩阵并作为初始状态C₀；以状态C₀和状态C₁为演化的初始条件，基于预置的二维可逆元胞自动机规则f₁和f₂进行演化处理，得到状态和再以此为演化的初始条件，进行第二轮演化处理，得到状态和将其进行像素值转换处理后，得到密文图像。本发明仅采用加密性能更好的复杂型或混乱型的规则进行演化处理，同时通过两轮二维可逆元胞自动机加密，进一步提高了加密的安全性。

技术领域

本发明属于图像加密技术领域，具体涉及一种基于构造的二维可逆元胞自动机的图像加密处理。

背景技术

数字图像中数据的强相关性、高冗余度以及数量的巨大性等特点，使得寻找较好的加密算法成为当前研究的热点。而元胞自动机复杂的演化行为、高度并行性、基本单元的简单性等特点，很适合在密码学中获取高效而安全的加密处理。所以元胞自动机在密码学获得了广泛的应用。

在密码学中主要使用可逆元胞自动机。现有的基于可逆元胞自动机的加密方案，如“一维混沌可逆元胞自动机算法”，其主要步骤为：假设加密的灰度图像的尺寸为N*M。首先，使用混沌映射生成长度为N*M的一维的伪随机序列。然后将加密图像也转化为一维序列，并与伪随机序列异或，获得新的一维序列，将该序列转化为二进制序列，再使用一维的可逆元胞自动机进行演化，将演化后的一维序列转化为图像，从而获得密文图像。

一维混沌可逆元胞自动机算法主要是使用构造的一维可逆元胞自动机，该元胞自动机的规则(演化规则)数较少，只有256种规则，造成加密的密钥空间不足，且在规则的选取方面，也没有采取一些措施，因为有些规则可能使得加密效果不太理想，有些规则使得加密效果较好；另外该加密算法需要将二维的数据转化为一维数据。

当前，在基于二维可逆元胞自动机对图像进行加密处理时，基本都是直接对原图像数据进行操作，虽然能够达到加密的效果，但是如果加密方案不够好的的话，容易被攻击和破译，达不到安全加密的效果。在使用二维可逆元胞自动机时，如何选取具体的规则也没有确切的标准。有些规则可能对加密效果不理想，而有些规则可以提高加密的安全性。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于构造的二维可逆元胞自动机的图像加密方法，其通过使用两层加密机制，来提高图像加密的安全级别。

本发明的基于构造的二维可逆元胞自动机的图像加密方法，包括下列步骤：

步骤1：输入待加密图像的灰度图P，设置混沌映射(Logistic映射)的两个初始参数u，x₀，基于映射公式x_n+1＝u*x_n*(1-x_n)生成一组伪随机数，其中n＝0,1,…,M*N，M*N表示所述灰度图P的尺寸。

将M*N个伪随机数x_n分别乘以255，并对各255*x_n取整(上取整或下取整皆可)，得到M*N个随机像素值，再将随机像素值排列为M*N的二维的伪随机矩阵K₀。

步骤2：通过伪随机矩阵K₀与所述灰度图P的图像矩阵的异或，得到初始加密图像矩阵S₁。S₁作为二维可逆元胞自动机演化的原数据，这样对图像的原数据进行了另一层保护，能提高图像的安全性。