一种基于仿生元胞自动机的图像加密算法

doi:10.3969/j.issn.1006-2475.2017.10.019

计算机与现代化

一种基于仿生元胞自动机的图像加密算法

河海大学计算机与信息学院,江苏南京211100

收稿日期:2017-03-23 出版日期:2017-10-30 发布日期:2017-10-31
作者简介:平萍(1982-)，女，江苏吴江人，河海大学计算机与信息学院副教授，硕士生导师，博士，研究方向：网络信息安全；黄李麟(1985-)，男，江苏南京人，硕士研究生，研究方向：网络信息安全；毛莺池(1976-)，女，上海人，副教授，硕士生导师，博士，研究方向：分布式与并行处理；许国艳(1971-)，女，内蒙古宁城人，副教授，硕士生导师，博士，研究方向：大数据管理，数据起源追踪，Web服务。
基金资助:
2015年江苏省水利科技科研资助项目（SSL-ZYGXYJ）; 2016年江苏省水利科技科研资助项目（2016023）

Image Encryption Algorithm Based on Life-like Cellular Automaton

School of Computer and Information， Hohai University， Nanjing 211100， China

Received:2017-03-23 Online:2017-10-30 Published:2017-10-31

摘要/Abstract

摘要： 针对一维元胞自动机加密密钥空间小、扩散速度慢、安全性不高，以及有些二维元胞自动机需额外增加规则存储空间，加密后效果不理想等问题，提出一种基于仿生元胞自动机的图像加密算法。该算法首先将明文图像像素值转换为二进制矩阵，再将二进制矩阵分成大小相同的2部分作为仿生元胞自动机的2个初始状态，然后选取一个仿生元胞自动机规则作为密钥，利用仿生元胞自动机的演化进行加密。实验结果表明，本文提出的图像加密方案具有较大的密钥空间，对明文和密钥敏感，可以更好地保障加密图像的安全。

关键词: 信息安全, 图像加密, 仿生元胞自动机

Abstract: Concerning the problems of small key space, bad diffusion speed, low security of one-dimensional cellular automaton, as well as the extra rule storage space and unsatisfactory encryption effect of two-dimensional cellular automaton, we propose an image encryption algorithm based on life-like cellular automaton. Firstly, each pixel of the plain-image is converted into binary matrix. Then, the binary matrix is divided into two identical parts, which are taken as two initial states of the life-like cellular automata. Finally, a rule is selected as the key and the encryption is performed by the evolution of the life-like cellular automata. Experimental results show that the proposed image encryption scheme has a lot of characteristics, including large key space, and high sensitivity to the plaintext and key, which can effectively protect the security of the encrypted image.

Key words: information security, image encryption, life-like cellular automaton

平萍，黄李麟，毛莺池，许国艳. 一种基于仿生元胞自动机的图像加密算法[J]. 计算机与现代化, doi: 10.3969/j.issn.1006-2475.2017.10.019.

PING Ping， HUANG Li-lin， MAO Ying-chi， XU Guo-yan. Image Encryption Algorithm Based on Life-like Cellular Automaton[J]. Computer and Modernization, doi: 10.3969/j.issn.1006-2475.2017.10.019.

参考文献

［1］袁野，陈炬桦. 一种基于二维变邻居混合可逆细胞自动机的加密算法［J］. 小型微型计算机系统， 2015，36(11):2594-2598.

［2］袁野，李敬医，陈炬桦. 基于二维X型可逆细胞自动机的加密算法［J］. 计算机应用， 2014，34(12):3466-3469.

［3］彭川，李元香. 基于混沌和细胞自动机的图像加密算法［J］. 计算机工程与设计， 2012，33(7):2526-2529.

［4］彭川. 二阶可逆耦合触发细胞自动机的加密技术研究［J］. 计算机与数字工程， 2012，40(9):69-71.

［5］吴颖芝，郝立波，陈炬桦. T型邻居细胞自动机的分组加密方法［J］. 通信学报， 2009,30(S2):52-60.

［6］张水平，罗慧军，钟杨俊. 基于元胞自动机分治策略的图像加密算法［J］. 微计算机信息， 2010,26(26):34-36. 

［7］王福来. 一种基于误差快速扩散元胞自动机的加密技术［J］. 物理学报， 2011，60(6):70-75.

［8］丁玮，闫伟齐，齐东旭. 基于生命游戏的数字图像置乱与数字水印技术［J］. 北方工业大学学报， 2000，12(1):1-5.

［9］李敬医，陈炬桦. 基于3D混沌映射和细胞自动机的图像加密方案［J］. 计算机科学, 2015，42(7):182-185.

［10］Eppstein D. Growth and decay in life-like cellular automata［M］// Game of Life Cellular Automata. Springer Press, 2010:71-97.

［11］Toffoli T, Margolus N H. Invertible cellular automata: A review［M］// Cellular Automata. MIT Press Cambridge, MA,USA, 1990:229-253.

［12］ Ping Ping, Xu Feng, Wang Zhijian. Color image encryption based on two dimensional cellular automata［J］. International Journal of Modern Physics C， 2013,24(10):1-14. 

［13］李玲，王伟男，李津杰. 基于二维CA和混沌系统的图像加密新算法［J］. 计算机工程与设计， 2012，33(4):1280-1284.

［14］Wang Xingyuan， Jin Canqi. Image encryption using game of life permutation and PWLCM chaotic system［J］. Optics Communications， 2012,285(4):412-417.

［15］Mohamed F K. A parallel block-based encryption schema for digital images using reversible cellular automata［J］. Engineering Science & Technology， An International Journa， 2014，17(2):85-94.

［16］Zhang Xiaoyan， Wang Chao， Zhong Sheng, et al. Image encryption scheme based on balanced two dimensional cellular automata［J］. Mathematical Problems in Engineering， 2015，2013(9):1-10.

［17］Zhang Xing, Zhang Hong, Xu Chungen. Reverse iterative image encryption scheme using 8-layer cellular automata［J］. KSII Transactions on Internet and Information System， 2016，10(7):3397-3413.

[1]	莫严, 唐容川, 鞠昊, 孙绍飞, 王安. 面向工业互联网平台的商用密码改造[J]. 计算机与现代化, 2023, 0(06): 118-126.
[2]	吴杨１, 吴国文１, 张红１, 沈士根２, 曹奇英. 基于扩展传染病模型的谣言溯源[J]. 计算机与现代化, 2022, 0(01): 113-119.
[3]	葛滨, 陈刚, 方睿, 廖忠智. 基于矩阵四向扩散的超混沌图像加密算法[J]. 计算机与现代化, 2021, 0(06): 113-119.
[4]	卢爱平，李盼池. 基于混沌序列的量子图像加密方案[J]. 计算机与现代化, 2020, 0(03): 86-.
[5]	张苏宁，王月娟，吴水明，景栋盛. 基于Krylov子空间方法的网络入侵数据聚类[J]. 计算机与现代化, 2019, 0(10): 121-.
[6]	叶茜1,王玉斐2,傅毅3,唐玉兰1 . 基于GQM模型的工业控制系统风险评估方法[J]. 计算机与现代化, 2019, 0(08): 92-.
[7]	黄玉洁，唐作其. 基于改进贝叶斯模型的信息安全风险评估[J]. 计算机与现代化, 2018, 0(04): 95-.
[8]	刘冰1,2，刘雪梅3. 一种结合有限域运算的混沌映射在数字图像加密中的应用[J]. 计算机与现代化, 2017, 0(7): 53-56.
[9]	俞皓1，贾雪1，王强2. 智能变电站应用层数据加密安全防护策略研究[J]. 计算机与现代化, 2016, 0(2): 82-85.
[10]	汪方良，施慧彬. 基于OpenCL的人脸识别与隐藏系统[J]. 计算机与现代化, 2016, 0(1): 16-19,58.
[11]	刘睿. 基于改进Logistic混沌映射的图像自适应加密算法[J]. 计算机与现代化, 2016, 251(07): 13-17,23.
[12]	李伊林. 基于超混沌系统的自适应图像加密算法[J]. 计算机与现代化, 2014, 0(7): 137-141+145.
[13]	杨运平，吴智俊. Apache Shiro安全框架在技术转移服务系统中的应用[J]. 计算机与现代化, 2014, 0(3): 158-160.
[14]	濮琳. 基于Restful的身份认证服务[J]. 计算机与现代化, 2014, 0(3): 165-168.
[15]	殷博;陈璐;陈亮;王玉斐. 智能电网信息安全关键技术在中新天津生态城的应用[J]. 计算机与现代化, 2013, 1(9): 186-189.

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