[发明专利]一种DEM置乱加密与还原方法

摘要

本发明公开了一种DEM置乱加密与还原方法。该方法的具体步骤包括如下(1)按照混沌序列密钥生成三维混沌序列。(2)利用生成的混沌序列对DEM中各个点的高程值进行置乱加密操作，即进行高程置乱加密。(3)利用生成的混沌序列对加密后的DEM各点的位置进行置乱。本发明方法利用三维混沌技术，分别通过对头文件置乱、对高程置乱和对位置置乱，形成针对DEM的置乱加密与还原，可有效解决DEM数据的安全传输与封装存贮环节中的地理信息安全问题。

主权项

1.一种DEM的置乱加密方法，其步骤如下：步骤1：基于ArcMap软件，通过ArcToolbox‑>转换工具‑>由栅格转出‑>栅格转ASCII操作，将Esri Grid格式的DEM数据转化为ASCII编码的txt文件；步骤2：将txt文件以行为主序存入一M×N矩阵A中，其中M为DEM的行数，N为DEM的列数，并从DEM的头文件中读取出DEM的像元大小cellsize，左上角x起始坐标xllcorner和左上角y起始坐标yllcorner；步骤3：输入x1、y1、z1作为混沌系统的初值，且x1∈(0，1)，y1∈(0，1)，z1∈(0，1)；输入置乱因子ρ的值，且ρ∈[1，1000]；定义参数σ的值，且σ∈(0，1)；步骤4：根据公式(1)，生成混沌序列X、Y和Z；其中X＝{xk|k＝1，2，3，...，max{M+N+13，10000}}，Y＝{yk|k＝1，2，3，... ，max{M+N+13，10000}}，Z＝{zk|k＝1，2，3，...，max{M+N+13，10000}}；步骤5：获取序列S、J、Q、J′、Q′、I和T；其中S为混沌序列Z进行非线性离散化而生成的序列，J、Q为对行号进行位置置乱操作的序列，J′、Q′为对列号进行位置置乱操作的序列，I和T为对Z值进行位置置乱操作的序列；步骤5.1，根据公式(2)和(3)，对混沌序列Z进行非线性离散化，生成序列S，S＝{sk|k＝1，2，3，...，M+N+13}；步骤5.2，设混沌序列X的子集X′＝{x1，x2，x3，...，x10000}的索引号序列{1，2，3，…，10000}为序列J；将组元(xn，jn)以xn为主要关键字进行升序排序，将排序后的序列J记为序列Q；步骤5.3，设混沌序列Y的子集Y′＝{y1，y2，y3，...，y10000}的索引号序列{1，2，3，…，10000}为序列J′；将组元(yn，jn′)以yn为主要关键字进行升序排序，将排序后的序列J′记为序列Q′；步骤5.4，设混沌序列Z的子集Z′＝{z1，z2，z3，...，z10000}索引号序列{1，2，3，…，10000}为序列I；将组元(zn，in)以zn为主要关键字进行升序排序，将排序后的序列I记为序列T；步骤6：对DEM数据的头文件进行置乱根据公式(4)对cellsize、xllcorner和yllcorner进行加密操作，得到加密数据scellsize、sxllcorner和syllcorner；步骤7：根据序列S、T对矩阵A进行高程置乱步骤7.1，将矩阵A的一点的高程值Cmn转为14位的二进制数表示，其中m和n为对应的行号与列号；m∈[1，M]，n∈[1，N]；步骤7.2，若m+n为奇数，则先将Cmn的低7位与高7位进行交换；若m+n为偶数则不变；选取S的一14位子序列{sm+n，sm+n+1，sm+n+2，…，sm+n+13}按位与Cmn异或；步骤7.3，将异或后的结果转化为十进制数表示，得到变化后的高程值C′mn；步骤7.4，基于C′mn，根据公式(5)生成临时变量b；b＝C′mn mod ρ   (5)；步骤7.5，在序列T中遍历寻找值为b的元素，将其序列号记为serialID，则根据公式(6)计算出C″mn；C″mn＝C′mn‑b+serialID   (6)；循环执行步骤7.1‑步骤7.5，对矩阵A中的每一点都进行如上操作，得到新矩阵A′，其中m和n为对应的行号与列号；步骤8：根据序列Q、Q′对矩阵A′进行位置置乱：从矩阵A′的首行首列开始，循环执行步骤8.1‑步骤8.4，逐个将矩阵A′中元素C″mn与C″m′n′位置互换，得到矩阵A″；矩阵A″即为对DEM置乱后的最终结果；步骤8.1，根据公式(7)，利用矩阵A′中的每一元素C″mn的行号m，生成临时变量p；p＝m mod ρ   (7)；步骤8.2，在序列Q中遍历寻找与p值相等的元素，记其下标为serialID′，则根据公式(8)，生成m′；m′＝m‑p+serialID′   (8)；步骤8.3，根据公式(9)，利用矩阵A′中的元素C″mn的列号n，生成p′；p′＝n mod ρ   (9)；步骤8.4，在序列Q′中遍历寻找与p′值相等的元素，记其下标为serialID″，则根据公式(10)，生成n′；n′＝n‑p′+serialID″   (10)；步骤9：基于置乱加密后的数据，生成置乱加密后的txt文件；步骤10：基于ArcMap软件，通过“ArcToolbox‑>转换工具‑>转为栅格‑>ASCII转栅格”操作，将txt文件转换为Esri Grid格式的DEM数据。