[发明专利]一种基于一维可逆记忆细胞自动机的数字图像置乱方法

摘要

本发明提供了一种基于一维可逆记忆细胞自动机的图像置乱方法。本发明方法将秘密图像分为n（n>=2）个部分并将每个部分扩展成比特流以作为一维可逆记忆细胞自动机的初始配置，通过细胞自动机的演化来打散相邻像素间的相关性，再将演化过后的n份配置组合成置乱图像，置乱图像看起来是完全随机的，能够抵抗统计分析的攻击。本发明利用了细胞自动机方法的混淆和扩散特性，不借助大量的伪随机数序列或二维伪随机数矩阵，解决了现有某些图像置乱方法无法实现比特级置乱、不能抵抗统计分析、需借助大量的伪随机数序列或二维伪随机数矩阵的问题，可以满足图像置乱的安全需求，是图像置乱的一种解决方法，能够显著提升置乱处理的效率和安全性。

主权项

1.一种基于一维可逆记忆细胞自动机的图像置乱方法，该方法将秘密图像分为n(n≥2)个部分并将每个部分扩展成比特流以作为细胞自动机的初始配置，通过细胞自动机的演化来打散相邻像素间的相关性，再将演化过后的n份配置组合成置乱图像,其特征在于：具体包括如下步骤：步骤1.读取明文灰度图像的二维像素矩阵I_W×H，W是图像的宽度，H是图像的高度，均以像素计；将上述二维像素矩阵I_W×H转换为一维像素序列p₁,p₂,...,p_W×H，再分为n个部分，最后把每个部分扩展为一维比特序列1≤i≤n；步骤2.根据明文灰度图像的宽度W和高度H、计划分割的图像块数量n确定每个初始配置中的细胞总数N为再确定邻居半径r的值，r的取值范围为步骤3.选择和发布(n‑1)个随机数ω1,ω2,...,ωn‑1，其中1≤ωj≤22r+1‑1，1≤j≤n‑1，这些随机数由一个安全的伪随机数生成器所产生；步骤4.根据步骤2和步骤3中的参数构造n阶一维可逆记忆细胞自动机，演化规则如下：其中0≤i≤N‑1，是规则数为ω_j的局部转换函数，且1≤j≤n‑1，T表示某一时刻；步骤5.将这n份比特流作为一维可逆记忆细胞自动机的初始配置；步骤6.根据步骤4中的演化规则来演化一维可逆记忆细胞自动机，至少演化n步，得到新的n份配置；步骤7.将步骤6生成的n份配置视为比特流，用它们组合成一维像素序列p1′,p2′,...,p′W×H，再将一维像素序列p1′,p2′,...,p′W×H转换为二维像素矩阵，即可得到置乱后的密文图像。