一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108021814A(43)申请公布日2018.05.11(21)申请号201711206209.3(22)申请日2017.11.27(71)申请人河海大学地址211100江苏省南京市江宁开发区佛城西路8号(72)发明人平萍吴金杰樊金阳毛莺池许国艳(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人刘莎(51)Int.Cl.G06F21/60(2013.01)G06T1/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法(57)摘要本发明公开了一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法，该方法的步骤为：首先利用数字填充技术在明文图像末尾填加随机数，使它转换成两个大小相同的二进制正方形矩阵，分别作为仿生元胞自动机两个初始状态，接着选取一个仿生元胞自动机的平衡规则作为密钥，利用仿生元胞自动机迭代数轮进行加密。本发明方法具有较大的密钥空间，能够抵抗各种攻击，非常适合图像加密。CN108021814ACN108021814A权利要求书1/2页1.一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法，其特征在于，该加密方法包括以下步骤：步骤1，提取明文图像的像素矩阵Im×n，其中，m是明文图像的高度，n是明文图像的宽度；步骤2，将明文图像的像素矩阵Im×n转换成长度为m×n的一维序列，然后在该一维序列末尾填充伪随机数，所填充的伪随机数的长度填充完成后的一维序列长度为步骤3，将填充完成后的一维序列转换为二进制序列，该二进制序列长度为然后将该二进制序列转换成两个二进制正方形矩阵I′a×a和矩阵I″a×a，其中，a为二进制正方形矩阵的边长，值为0步骤4，将二进制正方形矩阵I′a×a和I″a×a分别作为仿生元胞自动机的两个初始状态C和C1，其中，C0表示t＝0时刻仿生元胞自动机的状态，C1表示t＝1时刻仿生元胞自动机的状态；步骤5，从仿生规则中选取平衡规则F作为密钥，并确定迭代的次数d；步骤6，根据平衡规则F，计算其中，Ct表示t时刻仿生元胞自动机的状态，Ct-1表示t-1时刻仿生元胞自动机的状态，Ct+1表示t+1时刻仿生元胞自动机的状态；步骤7，重复步骤6，仿生元胞自动机迭代d次，得到仿生元胞自动机的两个最终状态Cd和Cd+1，将Cd和Cd+1合并后的矩阵转换成长度为的一维二进制序列，之后再将该一维二进制序列转换为边长为的十进制像素矩阵，该十进制像素矩阵即为密文图像。2.根据权利要求1所述的一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法，其特征在于，步骤4中的仿生元胞自动机有a×a个元胞，每个元胞具有生和死两个状态，分别用1和0表示，每个元胞与其上下左右以及对角线上的元胞组成一个3×3的Moore邻域；对仿生元胞自动机边界上的元胞进行周期型边界处理：第0行元胞的状态值等于第a行元胞的状态值，第a+1行元胞的状态值等于第1行元胞的状态值，第0列元胞的状态值等于第a列元胞的状态值，第a+1列元胞的状态值等于第1列元胞的状态值。3.根据权利要求1所述的一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法，其特征在于，步骤5中平衡规则F＝Bx/Dy，其中，B表示重生，D表示死亡；Bx表示当前元胞死亡，如果它的邻域内必须出现规则号x规定的存活元胞数量，那么在下一时刻，该元胞重生，否则，仍为死亡；Dy表示当前元胞存活，如果它的邻域内必须出现规则号y规定的存活元胞数量，那么在下一时刻，该元胞死亡，否则，将会继续存活。4.根据权利要求1所述的一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法，其特征在于，步骤5中迭代的次数d由明文图像大小来决定。5.根据权利要求4所述的一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法，其特2CN108021814A权利要求书2/2页征在于，迭代的次数3CN108021814A说明书1/6页一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于平衡规则的仿生元胞自动机的图像加密方法，属于信息安全领域中的图像保密技术。背景技术[0002]当今社会，随着信息时代的发展，越来越多的数字图像在网络上传输，在云平台里存储和在移动端中分享。这些图像不仅涉及个人隐私，更可能关乎国家安全等问题。因此，数字图像的安全问题越来越受到社会和学术界的重视。近些年来，出现了许多关于图像加密的算法，其中，元胞自动机因为其对初始值的敏感性、动态行为的随机性和演化的不可预测性，被广泛应用于图像加密。[0003]元胞自动机是一个离散的动态系统。其结构简单，交互局部，行为随机，并且信息处理高度并行，使之在图像加密领域具有独特的优势。Wolfram最早将元胞自动机引入到密码学领域，提出了一种基