邓绍江,蒋 勇

(重庆大学 计算机学院,重庆 400044)

元胞自动机(cellular automata,CA)是一种自然界中的复杂系统的完全离散化的数学模型。该系统是一个时间、空间和状态变量取值均是离散的动力系统。元胞自动机刻画了具有大量离散自由度的动力系统,其结构简单,但行为却异常复杂。由于元胞自动机具有组成单元的简单性、单元之间作用的局部性和信息处理的高度并行性,并表现出复杂的全局特性等特点,使得元胞自动机在密码学领域有着独特的优势。Wolfram首次提出了基于元胞自动机的加密算法,在他的模型中将元胞自动机的初始状态作为密钥,利用规则30元胞自动机迭代产生的伪随机序列作为序列密码[1],从而开创了元胞自动机在密码学中的应用。此后,元胞自动机也从一维向多维扩展,并在伪随机数发生器的构造、分组密码、公钥密码、数据压缩以及Hash函数[2-6]中都取得重要的应用。

其中,一些学者将二维元胞自动机用于图像的加密,如文[7]。该文使用了二维元胞自动机的Moore模型,对图像的全部数据进行了加密,具有密钥量大、计算简单等优点。但是它的缺点是加密的数据量较大,图片信息中有许多人眼不敏感的高频数据,对加密效果影响不大。其次,选用的Moore模型不适合加密的并行化,该加密系统需要对每个元胞状态依次更新,因此在实现上是串行的,大大降低了加密解密的速度,不适合处理信息量大的图片。为了克服这个缺点,本文提出基于DWT的二维元胞自动机并行图像加密算法。……