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专利号: 2020113089837
申请人: 陕西师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种迷宫生成式信息隐藏方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:获取长度为l的二值秘密比特序列B=(bu)l,并根据预设的第一密钥进行备份加密得到长度为αl的备份加密序列B′=(b′u)αl,其中:bu是二值秘密比特序列B中第u个二值秘密比特,b′u是备份加密序列B′中第u个备份比特,α为备份数;

S2:对规模为M×N的迷宫结构T=(ti,j)M×N进行初始化,其中,ti,j为迷宫结构(i,j)位置节点,节点ti,j=(v,d0,d1,d2,d3),其中v表示位置节点ti,j的状态,d0,d1,d2,d3分别表示位置节点ti,j的上方墙状态、左方墙状态、右方墙状态和下方墙状态;ti,j.v=0、ti,j.v=1和ti,j.v=2依次表示位置节点ti,j未访问、已访问和已嵌密状态;ti,j.dr=0、ti,j.dr=1、ti,j.dr=2和ti,j.dr=3依次表示节点ti,j在dr方向的墙不存在、存在且不可拆除、存在且可拆除和已被选取;

S3:根据预设的第二密钥生成长度为αl的且元素不重复的随机坐标位置序列P=((iu,ju))αl和随机方向序列dir=(ru)αl,ru∈{0,1,2,3},其中:(iu,ju)是随机坐标位置序列P第u个随机坐标位置,ru是随机方向序列dir中的第u个随机方向;

S4:结合随机坐标位置序列P和随机方向序列dir,通过改变迷宫结构T的节点墙的状态来编码B′=(b′u)αl,得到嵌入B′=(b′u)αl的嵌入迷宫结构T′=(t′i,j)M×N,其中t′i,j是嵌入迷宫结构T′在(i,j)位置节点;

所述S4的具体方法为:

S401:获取随机坐标位置序列P中的坐标位置(iu,ju)、随机方向序列dir中的方向ru以及备份加密序列B′中的b′u;

S402:通过式(3)得到 在ru方向的直接相邻节点 所在的坐标位置(i′u,j′u):S403:通过式(4)修改 和 的访问状态以及 和 两节点的墙状态;

S404:重复S401~S403,至所有的b′u处理完毕,将嵌入备份加密序列B′=(b′u)αl的迷宫结构T=(ti,j)M×N作为嵌入迷宫结构T′=(t′i,j)M×N;

S5:通过改变嵌入迷宫结构T′的节点墙状态,得到完美迷宫结构T″=(t″i,j)M×N,其中,完美迷宫结构T″中,对于 仅存在唯一不被节点墙阻断的通路,其中t″i,j是完美迷宫结构T″在(i,j)位置节点;

所述S5的具体方法为:

S501:初始化节点墙集合V=Φ,其中,Φ表示空集合;

S502:随机选一个位置节点t′i,j且

S503:将位置节点t′i,j的所有可拆除墙dr=2,r∈{0,1,2,3}并入节点墙集合V中,并将t′i,j·v的值置为1;

S504:从节点墙集合V中随机选一面墙,记为t′x,y.dr′,其中,(x,y)是墙dr′所在位置节点t′x,y的坐标位置,将t′x,y.dr′从节点墙集合V中删除,通过式(5)得到t′x,y在dr′方向相邻的位置节点t′x′,y′的坐标(x′,y′):S505:当t′x′,y′.v=2时,取相邻位置节点t′x″,y″.v=2,(x″,y″)∈{(x′‑1,y′),(x′,y′‑

1),(x′,y′+1),(x′+1,y′)},通过(6)将t′x″,y″·v的值置为1,并将t′x″,y″周围存在且可拆除状态的墙t′x″,y″.dr=2,r∈{0,1,2,3}加入节点墙集合V中,通过式(7)修改t′x′,y′和t′x,y之间分隔墙的状态,将t′x′,y′的存在且可拆除状态的墙t′x′,y′.dr=2,dr∈{0,1,2,3}加入节点墙集合V中;当t′x′,y′.v=0时,通过式(7)修改t′x′,y′和t′x,y之间分隔墙的状态,将t′x′,y′的存在且可拆除状态的墙t′x′,y′.d=2,d∈{0,1,2,3}加入节点墙集合V中;当t′x′,y′.v=1时,进行S504;

t′x″,y″·v=1                    (6)t′x′,y′.v=1,t′x,y.dr′=0,t′x′,y′.d(3‑r′)=0            (7)S506:重复S504~S505,至嵌入迷宫结构T′中的所有位置节点的访问状态都为1,得到完美迷宫结构T″=(t″i,j)M×N;S6:根据完美迷宫结构T″绘制嵌密迷宫图像S并输出。

2.根据权利要求1所述的迷宫生成式信息隐藏方法,其特征在于,所述S1的具体方法为:

S101:获取长度为l的二值秘密比特序列B=(bu)l;初始化长度为l的第一到第α‑1的二值比特序列 其中: 依次对应为

1 2 α‑1

二值比特序列B ,B ,…,B 中u位置的二值比特;

S102:将预设的第一密钥key1作为随机数种子,生成长度为α‑1的随机数序列Ra=(Raz),z∈{1,2,…,α‑1},将生成的每一个随机数Raz作为随机数种子,分别生成长度均为l的二值比特序列 其中: 依次对应为二值比

1 2 α‑1

特序列k ,k ,…,k 中u位置的二值比特;

S103:对于二值秘密比特序列B中的每个元素bu,通过式(1)得到bu在每个 下的映射值z∈{1,2,…,α‑1}:其中, 为异或运算符;

S104:将二值秘密比特序列B=(bu)l和第一到第α‑1的二值比特序列通过式(2)连接成备份加密序列B′=(b′u)αl:

1 2 α‑1

B′=B||B||B…||B               (2)其中,为序列连接符号;

所述S2的具体方法为:

对M×N的迷宫结构T=(ti,j)M×N进行初始化,;初始化边界节点t0,0=(0,1,1,2,2),tM‑1,0=(0,2,1,2,1),t0,N‑1=(0,1,2,1,2),tM‑1,N‑1=(0,2,2,1,1),t0,j=(0,1,2,2,2),j≠0,N‑

1,tM‑1,j=(0,2,2,2,1),j≠0,N‑1,ti,0=(0,2,1,2,2),i≠0,M‑1,ti,N‑1=(0,2,2,1,2),i≠

0,M‑1,初始化除边界节点以外的其他内部节点ti,j=(0,2,2,2,2);

所述S3的具体方法为:

将预设的第二密钥key2作为随机数种子,生成长度为αl的且元素不重复的随机坐标位置序列P=((iu,ju))αl和随机方向序列dir=(ru)αl,ru∈{0,1,2,3},且,随机坐标位置序列P=((iu,ju))αl满足如下约束: 为内部节点,对于 不位置相邻。

3.根据权利要求2所述的迷宫生成式信息隐藏方法,其特征在于,所述S6的具体方法为:

S601:初始化分辨率为M′×N′的二值图像S′=(s′i,j=1)M′×N′,且,M′=M·γ,N′=N·γ,γ=m+2n,其中,γ表示迷宫节点外边界边长,m表示迷宫节点内边界边长,n为迷宫节点内边界距离外边界的墙厚度;

S602:对于任意t″i,j∈T″,分别以(i·γ,j·γ)、(i·γ,j·γ+m+n)、(i·γ+m+n,j·γ)和(i·γ+m+n,j·γ+m+n)为二值图像S′上的左上角起点,在二值图像S′上绘制分辨率为n×n的且像素值为0的黑色小块;

其中,当t″i,j.d0≠0时,以(i·γ,j·γ+n)为二值图像S′上的左上角起点,在二值图像S′上绘制像素值为0的n×m的黑色小块;当t″i,j.d1≠0时,以(i·γ+n,j·γ)为二值图像S′上的左上角起点,在二值图像S′上绘制像素值为0的m×n的黑色小块;当t″i,j.d2≠0时,以(i·γ+n,j·γ+m+n)为二值图像S′上的左上角起点,在二值图像S′上绘制像素值为0的m×n的黑色小块;当t″i,j.d3≠0时,以(i·γ+m+n,j·γ+n)为二值图像S′上的左上角起点,在二值图像S′上绘制像素值为0的n×m的黑色小块;

S603:重复S602至所有的t″i,j∈T″处理完毕,将得到嵌密迷宫图像S′作为S输出。

4.一种迷宫生成式信息恢复方法,其特征在于,包括以下步骤:

T1:获取第一密钥、第二密钥、秘密比特长度l、备份数α及嵌密迷宫图像S=(si,j)M′×N′,将嵌密迷宫图像S转换为迷宫结构T=(ti,j)M×N,其中:si,j是嵌密迷宫图像S在(i,j)位置像素,ti,j是迷宫结构T在(i,j)位置节点;

所述T1的具体方法为:

T101:初始化规模为M×N迷宫结构T=(ti,j=(0,0,0,0,0))M×N,ti,j=(v,d0,d1,d2,d3),其中,ti,j为迷宫结构(i,j)的位置节点,v表示位置节点ti,j的状态,d0,d1,d2,d3分别表示位置节点ti,j的上方墙状态、左方墙状态、右方墙状态和下方墙状态;ti,j.v=0、ti,j.v=1和ti,j.v=2依次表示位置节点ti,j未访问、已访问和已嵌密状态;ti,j.dr=0、ti,j.dr=1、ti,j.dr=2和ti,j.dr=3依次表示位置节点ti,j在dr方向的墙的状态为不存在、存在且不可拆除、存在且可拆除和已被选取;M′=M·γ,N′=N·γ,γ=m+2n,γ表示迷宫节点外边界边长,m表示迷宫节点内边界边长,n为迷宫节点内边界距离外边界的墙厚度;

T102:对于任意ti,j∈T,若以(i·γ,j·γ+n)为嵌密迷宫图像S上的左上角起点,存在n×m的墙,则ti,j.d0=1;若以(i·γ+n,j·γ)为嵌密迷宫图像S上的左上角起点,存在m×n的墙,则ti,j.d1=1;若以(i·γ+n,j·γ+m+n)为嵌密迷宫图像S上的左上角起点,存在m×n的墙,则ti,j.d2=1;若以(i·γ+m+n,j·γ+n)为嵌密迷宫图像S上的左上角起点,存在n×m的墙,则ti,j.d3=1;

T103:重复T102至所有的ti,j∈T处理完毕,将得到的迷宫结构T输出;

T2:对迷宫结构T进行完美迷宫检验,当迷宫结构T不为完美迷宫时,退出;否则,进行T3;

T3:根据第二密钥生成长度为αl的且元素不重复的随机坐标位置序列P=((iu,ju))αl和随机方向序列dir=(ru)αl,ru∈{0,1,2,3},其中:(iu,ju)是随机坐标位置序列P第u个随机坐标位置,ru是随机方向序列dir中的第u个随机方向;

T4:遍历迷宫结构T=(ti,j)M×N,根据随机坐标位置序列P和随机方向序列dir得到备份加密序列B′=(b′u)αl;

T5:根据第一密钥将备份加密序列B′=(b′u)αl恢复为二值秘密比特序列B=(bu)l,并检验其可靠性,得到认证比特序列A=(au)l,其中:b′u是备份加密序列B′中第u个备份比特,bu是二值秘密比特序列B中第u个二值秘密比特,au是认证比特序列A中的第u个认证比特;

所述T5的具体方法为:

定义认证比特序列A=(au)l,将得到的备份加密序列B′=(b′u)αl每l位划分一组,得到二值秘密比特序列B=(bu)l和第一到第α‑1的二值比特序列将第一密钥key1作为随机数种子,生成长度为α‑1的

随机数序列Ra=(Raz),z∈{1,2,…,α‑1},将生成的每一个随机数Raz作为随机数种子,分别

1 1 2 2 α‑1 α‑1

生成长度均为l的二值比特序列k =(ku)l,k =(ku)l,…,k =(k u)l;通过式(10)验证二值秘密比特序列B=(bu)l是否遭受攻击:其中,au=0表示未遭受攻击,au=1表示遭受攻击, 依次对应为二值比特序

1 2 α‑1 1 2 α‑1

列B ,B ,…,B 中u位置的二值比特, 依次对应为二值比特序列k ,k ,…,k中u位置的二值比特。

5.根据权利要求4所述的迷宫生成式信息恢复方法,其特征在于,所述T2的具体方法为:

T201:初始化节点访问栈W=Φ;

T202:随机选取ti,j.v=0的点作为起始点,将ti,j.v的值置为1;

T203:若存在ti,j.dr=0,r∈{0,1,2,3},则从中随机选择一个dr作为 并将 的值置为3,通过式(8)计算得到ti,j在 方向相邻节点ti′,j′的坐标(i′,j′):若ti′,j′.v=0,则将ti′,j′.v的值置为1,将ti,j加入节点访问栈W;

若ti′,j′.v≠0,输出失败并退出;

T204:若不存在ti,j.dr=0,r∈{0,1,2,3},且节点访问栈W不为空时,选取节点访问栈W中最后加入的元素作为ti′,j′,并在节点访问栈W中移除该元素;

T205:更新ti′,j′作为ti,j,重复执行T203~T204,至节点访问栈W为空;

T206:若存在ti,j且ti,j.v=0,输出失败并退出;否则,进行T3。

6.根据权利要求4所述的迷宫生成式信息恢复方法,其特征在于,所述T3的具体方法为:

将第二密钥key2作为随机数种子,生成长度为αl的且元素不重复的随机坐标位置序列P=((iu,ju))αl和随机方向序列dir=(ru)αl,ru∈{0,1,2,3},且,随机坐标位置序列P=((iu,ju))αl满足如下约束: 为内部节点,对于 不位置相邻;

所述T4的具体方法为:

初始化备份加密序列B′=(b′u=0)αl,遍历迷宫结构T=(ti,j)M×N,根据随机坐标位置序列P和随机方向序列dir,通过式(9)得到备份加密序列B′=(b′u)αl:

7.一种终端设备,其特征在于,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时,实现权利要求1至3任一项所述迷宫生成式信息隐藏方法的步骤,和/或实现权利要求4至6任一项所述迷宫生成式信息恢复方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1至3任一项所述迷宫生成式信息隐藏方法的步骤,和/或实现权利要求4至6任一项所述迷宫生成式信息恢复方法的步骤。