[发明专利]一种QR二维码二值图像分区变密钥混沌加密方法

说明书

技术领域

本发明是一种QR二维码二值图像分区变密钥混沌加密方法，属于QR二维码二值图像分区变密钥混沌加密方法的创新技术。

背景技术

凭借QR二维码的自身优势（可将照片、文字、数字、字母等进行编码，信息可随载体移动，信息存储量大，具有可靠性高、编码能力强、超高速和全方位识读、强的保密性和灵活性等特点），近年来在物联网环境下，二维码技术得到迅速发展，它在生产制造、金融、商业、物流配送等行业得到广泛应用；同时在交通、运输、能源、国防、邮电、医疗卫生、后勤管理及图书档案管理等诸多领域，也有广泛的应用。但是，由于QR码编解码算法公开，在QR码传输和存储过程中一般未对其携带的信息加密。在手机或电脑上使用公开的QR码编解码软件随意读取和修改QR码包含的信息，将造成重要信息的泄露和丢失。这对于QR码的广泛应用确实造成了威胁。因此关于QR码的信息安全问题备受关注。为了避免QR码所包含的重要信息被无关机构、组织和个人随意识读和修改，在其传输和存储前，需要对其进行加密处理，以确保QR二维码承载信息的安全性和有效性。对有特殊防伪要求的领域必须对二维码进行深层加密，即采用密码防伪技术来提高二维码的防伪和保密程度。

混沌系统由于具有非线性、随机性、非收敛性、不可预测性、对初始条件非常敏感、容易产生和复制等特性，因而适用于信息加密和保密通信等领域。它的两大特征是：(1)给定初值，即使迭代次数足够大，系统最终的演化状态不确定；(2)对初始条件敏感，即初始条件有微小的差别，迭代一定次数后，系统状态会产生很大的差别。Logistic（罗切斯特）混沌是一种常见的混沌映射，并且得到广泛应用。根据QR码二值图像的特点，通常选择Logistic（罗切斯特）混沌对其进行加解密。基于传统的Logistic（罗切斯特）混沌映射加密算法的方框图如图1所示。此算法存在不足，即密钥相对单一，因而不能应用于保密时间比较长和安全级别高的场合。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种能够进一步提高QR码二值图像承载信息安全性的QR二维码二值图像分区变密钥混沌加密方法。本发明方便实用、安全可靠。

本发明的技术方案是：本发明基于QR二维码二值图像分区变密钥混沌加密方法，包括有如下步骤：

1）改进传统的Logistic混沌映射加密算法，增加辅助密钥，以形成新的初始值x₀；

2）将原始QR码二值图像分区，计算各子区图像中像素为“1”的总个数，由此形成各子块的随机密钥初始值；

3）组合辅助密钥、随机密钥和分区加密技术，实现QR码二值图像分区变密钥混沌加密和解密算法。

上述步骤1)中，形成新的初始值x₀的方法是：

改进的Logistic混沌映射加密算法利用混沌映射对初值敏感的特点，获得辅助密钥以形成动态的初始值，提高混沌映射加密算法的破译难度，其具体步骤为：

11)设定合适的Logistic混沌系统的参数μ和初始设定密钥值K；

12)根据初始设定密钥值K的大小，K为正整数，用该初始设定密钥值对256取余运算，得到一个[0，255]范围的整数，然后以该整数除以256，得到的结果作为辅助密钥t，t∈(0，1)；

13)用辅助密钥t修改混沌序列初始值x₀=(x₀+t)/2，以修正后的x₀作为Logistic混沌系统的初始值，以构造长度为M*N的实数混沌序列；

14)将由步骤13)得到的实数混沌序列进行相应二值混沌序列转换，得到改进后的长度为M*N的二值混沌序列；

15)利用Reshape函数对得到的二值混沌序列{y₀,y₁,…y_n…}进行重排列，得到一个所需要的y_M*N二值混沌矩阵；

16)用原始QR二维码二值图像A中的第i个像素点像素值A(x,y)与步骤15)产生的混沌序列按二进制位异或操作即加密操作，得到加密后的像素值A1(x,y)；

17)重复步骤16)，直到将所有像素点加密完毕，即得到加密图像A1。

上述步骤2）中，形成各子块的随机密钥初始值的方法是：

QR码二值图像为M×N矩阵，根据设定的分区行或列数n，将QR码二值图像分为n²个子区，分区的详细步骤如下：