[发明专利]一种基于一维元胞自动机的灰度图像置乱方法

摘要

本发明公开了一种基于一维元胞自动机的灰度图像置乱方法，该方法首先提取明文灰度图像的像素矩阵并转换为一维像素序列，然后利用一维元胞自动机的迭代产生伪随机序列，对伪随机序列排序得到置换地址集合，接着利用置换地址集合对明文灰度图像的一维像素序列进行置换，最后将置乱过后的一维像素序列转换成二维像素矩阵，得到置乱过后的密文图像。本发明采用一维元胞自动机实现灰度图像的置乱，不仅具有良好的置乱效果，而且可以避免实值运算提高算法效率。

主权项

一种基于一维元胞自动机的灰度图像置乱方法，其特征在于，所述方法包括以下处理步骤：步骤1：提取明文灰度图像的二维像素矩阵I_M×N，M是图像的宽度，N是图像的高度，均以像素计；将明文灰度图像的二维像素矩阵I_M×N转换为一维像素序列p₁,p₂,...,p_M×N；步骤2：令一维元胞自动机的长度为256个元胞，该一维元胞自动机的演化规则如下：$\begin{array}{c}{S}_i^{t+1}=f(s_{i-2}^t,s_{i-1}^t,s_i^t,s_{i+1}^t,s_{i+2}^t)\\ =\stackrel{\‾}{s_{i-1}^t\⊕s_i^t\⊕s_{i+1}^t\⊕s_{i+2}^t\⊕(s_{i-2}^t\·s_i^t)\⊕(s_{i-1}^t\·s_i^t\·s_{i+1}^t)\⊕(s_{i-2}^t\·s_{i-1}^t\·s_i^t\·s_{i+1}^t)}\end{array};$步骤3，设置密钥K，密钥K为256比特的二进制序列k₁k₂k₃,...,k₂₅₆；同时，设置需要产生的伪随机序列R的长度为L＝8×M×N比特；步骤4，将密钥K作为一维元胞自动机在t＝0时刻的全局状态一维元胞自动机根据步骤2中的演化规则向前迭代，依次产生不同t时刻的全局状态取被4除余1的时刻的全局状态作为二进制序列输出，当输出的二进制序列长度大于或等于L比特时，一维元胞自动机停止迭代；步骤5，若步骤4中一维元胞自动机输出的二进制序列长度等于L比特，则将该二进制序列直接作为伪随机序列R输出；若一维元胞自动机输出的二进制序列长度大于L比特，则将长度L之后的比特舍去后的二进制序列作为伪随机序列R输出；从而完成伪随机序列R的生成。步骤6，将伪随机序列R中每8位二进制转换成相应的十进制数，得到一个长度为M×N的伪随机序列x₁,x₂,...,x_M×N，然后通过排序变换，将伪随机序列x₁,x₂,...,x_M×N中的M×N个值由小到大排序，形成有序序列记录伪随机序列中每个x_i在有序序列中的位置编号t_i，从而形成置换地址集合T＝{t₁,t₂,...,t_M×N}；步骤7，根据置换地址集合T＝{t₁,t₂,...,t_M×N}对明文灰度图像的一维像素序列p₁,p₂,...,p_M×N进行置换，即将第i个像素p_i置换到t_i位置，i＝1,2,...,M×N；置换完成后，得到置换过后的一维像素序列p′₁,p′₂,...,p′_M×N，将一维像素序列p′₁,p′₂,...,p′_M×N转换为二维像素矩阵，即得到了置乱后的密文图像。