一种基于元胞自动机的图像加密和解密方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102523365A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102523365A(43)申请公布日2012.06.27(21)申请号201110397232.1(22)申请日2011.12.05(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号河海大学计算计与信息学院勤学楼4209室(72)发明人平萍王宇许峰王志坚(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人黄雪兰(51)Int.Cl.H04N1/44(2006.01)权利要求书权利要求书3页3页说明书说明书88页页附图附图44页(54)发明名称一种基于元胞自动机的图像加密和解密方法(57)摘要本发明提供一种基于元胞自动机的图像加密和解密方法，属于信息安全领域中的图像保密技术。该加密方法首先提取明文图像的像素矩阵，将像素矩阵的每一行转换为二值序列，然后采用多个元胞自动机对图像的每一行进行两轮链式循环迭代，将迭代结果转换成相应像素矩阵后得到密文图像。在每个迭代环节中，迭代次数预先设定，使用的规则号由伪随机序列发生器产生。本发明的解密过程是加密过程的逆过程，规则号使用的顺序与加密时相反。本发明的效果和益处是采用元胞自动机的链式循环迭代使得明文、密钥与密文之间具有复杂且不可预测的关系，既保证了网络传输过程中图像的安全性，又具有一定的容错能力。CN102536ACN102523365A权利要求书1/3页1.一种基于元胞自动机的图像加密和解密方法，其特征在于：包括加密步骤和加密步骤，所述加密步骤为：提取明文图像的像素矩阵IM×N，M是图像的宽度，N是图像的高度，均以像素计，并且N为偶数，如果不是偶数，在像素矩阵末尾补上1行，补上的像素值全为0，然后将像素矩阵的每一行转换为二进制序列，得到N个二进制序列B1，B2，...，BN，每个二进制序列的长度为L＝M×D，其中D代表存储每个像素所用的二进制位数；(1)第一轮步骤1：将二进制序列B1、二进制序列B2分别作为加密端的第一个元胞自动机的输入1和输入2，加密端的第一个元胞自动机根据输入的规则号f1迭代d次，产生的输出1和输出2分别为二进制序列C1、二进制序列C2；步骤2：将B3和C1异或的结果、B4和C2异或的结果分别作为加密端的第二个元胞自动机的输入1和输入2，加密端的第二个元胞自动机根据输入的规则号f2迭代d次，产生的输出1和输出2分别为二进制序列C3、二进制序列C4；以此类推继续执行，直到将BN-1和CN-3异或的结果、BN和CN-2异或的结果分别作为加密端的第N/2个元胞自动机的输入1和输入2，加密端的第N/2个元胞自动机根据输入的规则号fN/2迭代d次，产生的输出1和输出2分别为二进制序列CN-1、二进制序列CN；(2)第二轮令B1＝CN，B2＝C1，B3＝C2，...，BN＝CN-1，然后重复第一轮的迭代：步骤1：将二进制序列B1、二进制序列B2分别作为加密端的第一个元胞自动机的输入1和输入2，加密端的第一个元胞自动机根据输入的规则号f1迭代d次，产生的输出1和输出2分别为二进制序列C′1、二进制序列C′2；步骤2：将B3和C′1异或的结果、B4和C′2异或的结果分别作为加密端的第二个元胞自动机的输入1和输入2，加密端的第二个元胞自动机根据输入的规则号f2迭代d次，产生的输出1和输出2分别为二进制序列C′3、二进制序列C′4；以此类推继续执行，直到将BN-1和C′N-3异或的结果、BN和C′N-2异或的结果分别作为加密端的第N/2个元胞自动机的，加密端的第N/2个元胞自动机根据输入的规则号fN/2迭代d次，产生的输出1和输出2分别为二进制序列C′N-1、二进制序列C′N，最终第二轮输出的二进制序列C′1，C′2，...，C′N转换为像素矩阵I′M×N后得到密文图像；所述解密步骤为：提取密文图像的像素矩阵I′M×N，然后将像素矩阵的每一行转换为二进制序列，得到N个二进制序列C1，C2，...，CN，每个二进制序列的长度为L＝M×D；(1)第一轮步骤1：将二进制序列CN、二进制序列CN-1分别作为解密端的第N/2个元胞自动机的输入1和输入2，解密端的第N/2个元胞自动机根据输入的规则号fN/2迭代d次，产生的输出1和输出2分别与二进制序列CN-2、CN-3进行异或运算，从而得到二进制序列BN、二进制序列BN-1；步骤2：将二进制序列CN-2、二进制序列CN-3分别作为解密端的第N/2-1个元胞自动机的输入1和输入2，解密端的第N/21个元胞自动机根据输入的规则号fN/2-1迭代d次，产生2CN102523365A权利要求书2/3页分别与二进制序列CN-4、CN-5进行异或运算，从而得到二进制序列BN-2、二进制序列BN-3；以此类推继续执行，直到将