一种结合QR编码与GS相位生成的栅格地理数据加密方法

本发明涉及地理信息，具体涉及一种结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法。

背景技术：

1、近年来，随着地理信息应用的深入以及信息化系统持续建设，栅格地理数据获取、访问、传播、存储等更为便捷，其服务经济社会发展作用不断加强的同时也增大信息泄密风险，迫切需要可靠的技术手段来保障栅格地理数据在开放环境中的安全传输与使用。

2、从数据格式、存储角度出发，现有栅格地理数据加密技术可概略分为两类：经典密码体制加密技术和彩色图像加密技术。前者是将栅格地理数据看作普通二进制文件并利用已在信息安全领域获得广泛运用的经典加密算法(如对称加密技术des或非对称加密技术rsa)进行加密，但地理信息的大数据量特点使得上述经典密码体制加密技术应用时计算效率较低、可用性差；后者基于栅格地理数据通常存储为特定格式(geotiff)的rgb彩色图像这一特点，利用彩色图像加密技术实现栅格地理数据加密目的，主要有两种方式：光学处理和混沌映射。然而，与标准数字影像不同，栅格地理数据同时需保存其特有的地理信息，如像素位置对应的实际地图经纬度坐标或直角坐标，这使得现有彩色图像加密技术难以直接用于栅格地理数据加密目的，单独对栅格地理数据地理信息进行加密与传输则无疑使加密处理、过程复杂化。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，旨在提高现有栅格地理数据加密技术的保密性和安全性，同时不增大密文存储空间、保证解密图像质量。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，包括下列步骤：

3、选择qr码的编码格式；

4、对dom图像rgb三通道分量分别进行gs相位获取计算，得到三张纯相位图；

5、进行qr码编码并进行分割，再分别与所述纯相位图嵌入处理；

6、引入lorenz超混沌系统进行像素替换与扩散，获得对应纯相位图的密文图像；

7、将相应的密文图像拼合获得最终密文图像完成加密过程；

8、使用最终密文图像进行解密获得解密dom图像。

9、可选的，所述qr码的编码格式为“dom地理信息+gs相位获取参数+用户授权信息”，其中gs相位获取参数包含光波长λ和不同衍射距离zr、zg、zb，用户授权信息为预留信息。

10、可选的，对dom图像rgb三通道分量分别进行gs相位获取计算，得到三张纯相位图的过程，具体为选取参考光波长λ并以不同衍射距离zr、zg、zb，对dom影像rgb三通道分量分别进行gs相位获取计算，得到三张纯相位图pr1、pg1、pb1。

11、可选的，在分别与所述纯相位图嵌入处理的过程中，在三张纯相位图的四个角落各裁切出12*12的区域，将分割后的qr码按设定顺序嵌入对应位置，获得待加密全息图pr2、pg2、pb2。

12、可选的，三张纯相位图四角矩形区域总面积与qr码的面积相等。

13、可选的，在引入lorenz超混沌系统进行像素替换与扩散的过程中，初始化lorenz超混沌系统生成随机序列并改造为密钥序列，同时将未嵌入qr码的相位全息图区域像素置乱与扩散。

14、可选的，使用最终密文图像进行解密流程与加密流程互为逆过程，包括下列步骤：

15、提取dom密文图像rgb通道并分离出qr码，解码获得dom地理信息、用户授权信息及作为关键密钥的gs相位获取参数；

16、相位全息图像素替换扩散解密；

17、相位全息图再现。

18、本发明提供了一种结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，利用全息图抗裁切及qr码信息容量大、占用空间小并能以栅格影像方式保存这一特性，在不增大密文存储空间、保证解密图像质量条件下，将栅格地理信息及用户授权信息、部分密钥等多类型数据编码为qr码并嵌入全息图以实现栅格地理数据的统一加密；同时将栅格地理数据影像rgb通道转换成三张相位全息图以实现像素信息隐藏，并利用lorenz输出的多个伪随机序列对gs输出的三幅相位图进行像素置乱与扩散，以弥补gs相位板作为密钥体积大之不足并提高光学密钥敏感性，增强密文雪崩效应、削弱明文和密文对间的直接关系，使攻击者难以通过明文、密文对反推密钥及中间值，进一步提高加密的安全性。

技术特征：

1.一种结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.如权利要求1所述的结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，其特征在于，

4.如权利要求3所述的结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，其特征在于，

5.如权利要求4所述的结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，其特征在于，

6.如权利要求5所述的结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，其特征在于，

7.如权利要求6所述的结合qr编码与gs相位生成的栅格地理数据加密方法，其特征在于，

技术总结
本发明涉及地理信息技术领域，具体涉及一种结合QR编码与GS相位生成的栅格地理数据加密方法，利用全息图抗裁切及QR码信息容量大、占用空间小并能以栅格影像方式保存这一特性，在不增大密文存储空间、保证解密图像质量条件下，将栅格地理信息及用户授权信息、部分密钥等多类型数据编码为QR码并嵌入全息图以实现栅格地理数据的统一加密；同时将栅格地理数据影像RGB通道转换成三张相位全息图以实现像素信息隐藏，并利用Lorenz输出的多个伪随机序列对GS输出的三幅相位图进行像素置乱与扩散，以弥补GS相位板作为密钥体积大之不足并提高光学密钥敏感性，使攻击者难以通过明文、密文对反推密钥及中间值，进一步提高加密的安全性。

技术研发人员：吴军,沈伊人
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16