CN102456114A - 一种二维cad工程图内容可变强度加密方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二维CAD工程图内容可变强度加密方法及其装置，包括：密钥预处理，选取加密强度、DCT分组大小以及密钥，并对密钥进行预处理；二维CAD工程图中实体顶点获取与处理，从二维CAD工程图中获取所有的顶点信息，并对二维CAD工程图的顶点信息构造复值信号，分组进行DCT变换；二维CAD工程图内容加密，采用置乱与替换相结合的方式，修改二维CAD工程图的顶点信息，完成二维CAD工程图内容的加密；二维CAD工程图内容解密，采用二维CAD工程图内容解密的逆过程，恢复二维CAD工程图的顶点信息，完成二维CAD工程图内容的解密。使用本发明实施例的方法或装置可以用较小的时间、空间代价高效地实现对二维CAD工程图内容的加密。从而解决了现有二维CAD工程图加密方法加密后格式不兼容以及效率较低的问题。

Description

一种二维CAD工程图内容可变强度加密方法及其装置

技术领域

本发明属于工程图内容保护领域，尤指一种二维CAD工程图内容可变强度加密方法和装置。

技术背景

随着信息技术和计算机网络的飞速发展，数字化在制造业的设计、控制和管理等环节中都得到了体现，数字化制造大大降低了产品的研制周期和研制成本。在数字化制造中，由于二维CAD工程图直接指导产品的生产加工，它是其中应用最为广泛的信息载体之一。二维CAD工程图是产品设计师的智慧结晶，也是企业的重要资产，然而由于互联网络的不安全性，使得数字化制造过程中二维CAD工程图外泄的可能性大大增加。工程图纸内容的外流将导致企业的资产受损、商业机密泄漏、降低企业的市场竞争力，从而大大损害企业的利益。因此，如何保证二维CAD工程图内容的安全已成为数字化制造过程中需要解决的重要问题。

二维CAD工程图内容加密是保护二维CAD工程图内容的一种重要方式。由于在实际工作中，涉及到产品或工程的保密性，有些单位对工程图内容的保密性会有更高的要求，譬如只允许本单位或协作单位的授权者才能查看和编辑工程图内容。这样即使工程图外流到其他单位，甚至竞争对手手中，由于没有授权，对方无法查看和编辑工程图的内容，从而达到保密的效果。

二维CAD工程图是一种矢量图，矢量图与栅格图最大的不同在于构成要素的差异。栅格图是由若干个像素点进行不同的排列与染色构成；而矢量图则是由一个或多个实体元素(如：点、线、圆、弧、椭圆、多段线等)组成，且实体本身含有诸如颜色、线宽、线型、层等属性。因此，二维CAD工程图内容加密与一般的点阵图像、视频、音频、文本等数字媒体内容加密相比，研究方法存在很大的不同，且目前公开的研究成果不多。

现有的二维CAD工程图内容加密技术主要是以二维CAD工程图文件作为二进制序列进行加密。此类加密方法视二维CAD工程图文件为二进制序列，采用传统的数据加密算法(如：DES、IDEA、AES等)或混沌加密方法对工程图文件的二进制序列进行加密，从而实现二维CAD工程图内容的保密。

这类方法的缺点在于：

1、这类方法虽然能实现二维CAD工程图的保密，但加密破坏了二维CAD工程图的文件格式，导致加密后二维CAD工程图的文件格式与工程图设计软件以及PDM(PDM：Product Data Management，产品数据管理)系统不兼容，不便于工程图纸的管理与维护。

2、由于二维CAD工程图文件同时包含工程图文件信息与工程图内容信息，若对二维CAD工程图文件从整体上视为二进制序列进行加密，需要进行加密的数据相对于直接只对二维CAD工程图内容信息进行加密要多，因此，加密效率不高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种能对二维CAD工程图内容进行可变强度加密的方法，克服了现有以二维CAD工程图文件为二进制序列加密方法的格式被破坏、时间复杂度高的缺陷。

本发明实施例是通过以下技术方案实现的：

密钥预处理；

二维CAD工程图中实体顶点获取与处理；

二维CAD工程图内容加密；

二维CAD工程图内容解密；

本发明实施例还提供一种二维CAD工程图内容可变强度加密装置，包括：密钥预处理模块，二维CAD工程图中实体顶点获取与处理模块，二维CAD工程图内容加密模块、二维CAD工程图内容解密模块。其中：

密钥预处理模块，选择加密强度、离散余弦变换(DCT：Discrete CosineTransformation)分组大小和密钥Key，并对加密算法的密钥Key进行预处理，获得两个二进制随机序列；

二维CAD工程图中实体顶点获取与处理模块，获得二维CAD工程图中实体的每个顶点坐标，组成数组(数组中的元素为顶点的横坐标和纵坐标对)。以数组元素构造复值信号，分组进行DCT变换。

二维CAD工程图内容加密模块，在加密强度、DCT分组大小和密钥的控制下，首先对顶点坐标构成的数组进行置乱操作，然后选择对复值信号离散余弦变换后的部分AC系数的幅值进行替换运算，完成二维工程图的内容的加密。

二维CAD工程图内容解密密模块，在加密强度、DCT分组大小和密钥的控制下，首先选择对复值信号离散变换后的部分AC系数的幅值进行逆替换运算，然后对顶点坐标构成的数组进行逆置乱操作，完成二维工程图的内容的解密。

由上述本发明例的具体技术实施方案可以看出，本发明实施例对二维CAD工程图的加密只是针对其内容进行加密，不修改二维CAD工程图的文件格式，加密后二维CAD工程图的文件格式能与工程图设计软件以及PDM(PDM：ProductData Management，产品数据管理)系统兼容，便于工程图纸的管理与维护。

此外，由于加密只针对二维CAD工程图的内容信息，需要进行加密的数据相对于直接对二维CAD工程图文件进行加密要少，可有效提高加密效率。

附图说明

图1为本发明实施例密钥预处理流程图

图2为本发明实施例二维CAD工程图中实体顶点获取

图3为本发明实施例二维CAD工程图中获取的实体顶点处理流程图

图4为本发明实施例二维CAD工程图内容置乱流程图

图5为本发明实施例二维CAD工程图内容替换流程图

图6为本发明实施例二维CAD工程图内容加密流程图

图7为本发明实施例二维CAD工程图内容解密流程图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面结合附图对本发明实施例所提出的技术方案进行详细说明。

本发明实施例的第一步即密钥预处理，参照图1包括如下步骤：

步骤1：选择DCT分组大小G、加密强度F和密钥Key＝k₁k₂...k_n；

步骤2：由式(1)，(2)得到二维Logistic映射(见式(3))的初值x₀，y₀。由式(4)得到二维Logistic映射的控制参数u₁，u₂。

$\left\{\begin{array}{c}v{\mathrm{alue}}_1={\left({\left(K_1\right)}_2\right|{\left(K_2\right)}_2|\·\·\·|{\left(K_n\right)}_2)}_{10}\\ {\mathrm{value}}_2={\left({\left(K_n\right)}_2\right|{\left(K_{n-1}\right)}_2|\·\·\·|{\left(K_1\right)}_2)}_{10}\end{array}\right.---\left(1\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_0=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{value}}_1& \mathrm{mod}& {10}^{15}\end{array}\right)/{10}^{15}\\ y_0=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{value}}_2& \mathrm{mod}& {10}^{15}\end{array}\right)/{10}^{15}\end{array}\right.---\left(2\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{n+1}=4u_1{x}_n(1-x_n)+{\mathrm{vy}}_n{x}_n\\ y_{n+1}=4u_2{y}_n(1-y_n)+{\mathrm{vy}}_n{x}_n\end{array}\right.---\left(3\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{u}_1=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{value}}_1& \mathrm{mod}& {10}^{14}\end{array}\right)/{10}^{14}\\ u_2=\left(\begin{array}{ccc}{\mathrm{value}}_2& \mathrm{mod}& {10}^{14}\end{array}\right)/{10}^{14}\end{array}\right.---\left(4\right)$

步骤3：迭代式(3)m(m＝5*Int(N/G)*F)次后，由式(5)到两个二进制为随机序列{x_birart_m}，{y_birary_m}，最后由{x_birart_m}，{y_birary_m}通过式(6)生成B＝{B₁，B₂，...B_m/5}。

$\left\{\begin{array}{c}x\_{\mathrm{birary}}_n=\left\{\begin{array}{cc}1& 0<x_n\&le;1/2\\ 0& 1/2<x_n<1\end{array}\right.\\ y\_{\mathrm{birary}}_n=\left\{\begin{array}{cc}1& 0<y_n\&le;1/2\\ 0& 1/2<y_n<1\end{array}\right.\end{array}\right.,n=\mathrm{1,2},\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,m---\left(5\right)$

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Bx}}_i={\left({x\_\mathrm{birary}}_{10i-9}\right|{x\_\mathrm{birary}}_{10i-8}|\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;|{x\_\mathrm{birary}}_{10i})}_{10}\\ {\mathrm{By}}_i={(y\_{\mathrm{birary}}_{10i-9}|{y\_\mathrm{birary}}_{10i-8}|\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;|y\_{\mathrm{birary}}_{10i})}_{10}\end{array}\right.$

$\&DoubleRightArrow;B=\left\{\mathrm{BxBy}\right\}=\{B_1,B_2\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;B_{m/5}\}---\left(6\right)$

其中|，(K_n)₂，(·)₁₀分别表示连接字符串操作，第n个字符ASCII码的二进制码表示和相应值的十进制表示。Int()表示向下取整函数。

参照图2，获取二维CAD工程图中所有实体顶点，并将其信息保存在数组V中。其中每个顶点包含坐标x与y，按顶点在二维CAD工程图文件中的存储顺序遍历。

参照图3，对二维CAD工程图中获取的实体顶点的处理主要包括以下两个步骤：

步骤1：以V_i的x，y坐标V_ix，V_iy分别为实部和虚部构造N个复值信号保存在数组V’中；

步骤2：依次从V’中取n个复值信号为一组进行DCT变换得到v”。

如图4所示，对二维CAD工程图内容的顶点信息进行置乱。

步骤1：利用Logistic映射生成一混沌序列C，序列的长度为N；

步骤2：按混沌序列C生成一索引向量，Ind＝{Index(x)，x＝{1，2，...，N}，Index(x)∈{1，2，...，N}是一个{1，2，...，N}到{1，2，...，N}的满射。

步骤3：按索引向量将顶点数组置乱。

参照图5的流程，对二维CAD工程图内容的顶点信息进行替换运算。

步骤1：从DCT变换后的每组中选择前F个AC系数；

步骤2：按式(7)计算其幅值|F(u)|_i：

${\left|F\left(u\right)\right|}_i=\sqrt{{x^{\&prime;2}}_{i1}+{x^{\&prime;2}}_{i2}}=\mathrm{Int}\_F_i+\mathrm{Dec}\_F_i,i=1,\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;m/5---\left(7\right)$

其中，Int_F_i表示幅值|F(u)|_i的整数部分，Dec_F表示幅值|F(u)|_i的小数部分。

步骤3：根据式(8)对进行替换后得到新幅值的整数部分Int_F_i’：

Int_F_i′＝((Int_F_i)₂⊕((B_i+Int_F_i-1′)mod 2¹⁰))₂)₁₀  i＝1，2，...m/5    (8)

其中，⊕表示异或运算。当i＝1时，Int_F_i-1’＝2⁹为初始值。

步骤4：Int_F_i’与Dec_F_i的和构成新幅值|F(u)|_i’，如式(9)所示。把|F(u)|_i’放入|F(u)|_i对应的位置再重新计算前F个AC系数，并保存最终的DCT系数。

|F(u)|_i′＝Int_F_i′+Dec_F_i  i＝1，...m/5    (9)

图6为二维CAD工程图内容的加密流程图：

步骤1：选择加密强度F、DCT分组大小G以及密钥Key，并对其进行预处理。

步骤2：获取二维CAD工程图的所有顶点信息。

步骤3：对二维CAD工程图的顶点进行置乱。

步骤4：对二维CAD工程图的顶点进行分组DCT变换处理。

步骤5：对二维CAD工程图进行替换运算。

步骤6：对二维CAD工程图的顶点信息分组进行逆DCT变换处理。

图7为二维CAD工程图内容的解密流程图：

步骤1：选择加密强度F、DCT分组大小G以及密钥Key，并对其进行预处理。

步骤2：获取二维CAD工程图的所有顶点信息。

步骤3：对二维CAD工程图的顶点进行分组DCT变换处理。

步骤4：。对二维CAD工程图进行逆替换运算

步骤5：对二维CAD工程图的顶点信息分组进行逆DCT变换处理。

步骤6：对二维CAD工程图的顶点进行逆置乱。

综上所述，本发明实施例提供了一种二维CAD工程图内容可变强度加密方法及其装置，能对给定二维CAD工程图的内容进行加密强度可变的加密与解密。本方法仅对二维CAD工程图的内容进行加密，不会给二维CAD工程图的文件格式带来任何影响或破坏，保持文件格式的兼容性。同时，由于算法只对内容进行加密，加密的数据量较采用文件加密模式要少。使用本发明实施例的装置，可以有效地解决二维CAD工程图加密后文件格式兼容的难题，并实现高效、安全的加密。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种二维CAD工程图内容可变强度加密方法及其装置，其特征在于，包括：

密钥预处理单元：选择加密强度、离散余弦变换(DCT：Discrete CosineTransformation)分组大小和密钥Key，并对加密算法的密钥值Key进行预处理，获得两个二进制随机序列；

二维CAD工程图中实体顶点获取与处理单元：获得二维CAD工程图中实体的每个顶点坐标，组成数组(数组中的元素为顶点的横坐标和纵坐标对)。以数组元素构造复值信号，分组进行离散余弦变换；

二维CAD工程图内容置乱单元：在加密强度、DCT分组大小和密钥的控制下，对顶点坐标构成的数组进行置乱操作，改变顶点顺序；

二维CAD工程图内容替换单元：在加密强度、DCT分组大小和密钥的控制下，对复值信号二维CAD工程图内容替换运算，修改二维CAD工程图的顶点坐标值。

2.如权利要求1中所述密钥预处理单元，其特征在于，需要选择三个密钥参数，分别为加密强度、DCT分组大小以及密钥值。

3.如权利要求1中所述密钥预处理单元，其特征在于，二维Logistic映射的初始参数与控制参数均由密钥值生成，二进制序列B的生成是唯一的。

4.如权利要求1中所述的实体顶点获取与处理单元，其特征在于，获取二维CAD工程图中所有的顶点信息，并组合成为一个数组，且每个顶点中的x和y坐标构造复值信号，将顶点坐标数组转换成为复值信号数组。

5.如权利要求1中所述的实体顶点获取与处理单元，其特征在于，在DCT分组大小的控制下，对复值信号数组进行分组DCT变换。

6.如权利要求1中所述的二维CAD工程图内容置乱单元，其特征在于，置乱操作首先由Logistic映射生成混沌序列，然后根据序列中值的大小获取每个序列值在序列中的排序位置，获得位置索引表，排序采用升序和降序均可。

7.如权利要求1中所述的二维CAD工程图内容置乱单元，其特征在于，置乱操作在为位置索引表的控制下，将二维工程图的顶点顺序置乱。

8.如权利要求1中所述的二维CAD工程图内容替换单元，其特征在于，替换运算中AC系数的选取是完全由加密强度决定。

9.如权利要求1中所述的二维CAD工程图内容替换单元，其特征在于，替换运算中只对DCT系数中AC系数幅值的整数部分进行替换运算，小数部分保持不变。

10.一种二维CAD工程图内容可变强度加密装置，其特征在于，包括：密钥预处理模块、二维CAD工程图中实体顶点获取与处理模块、二维CAD工程图内容加密模块、二维CAD工程图内容解密模块，其中：

密钥预处理模块：选择DCT分组大小、密钥值Key和加密强度，对加密算法的密钥值Key进行预处理，获得两个二进制随机序列。

二维CAD工程图中实体顶点获取与处理模块：获得二维CAD工程图中实体的每个顶点信息组成数组。以数组元素构造复值信号，分组进行离散余弦变换。

二维CAD工程图内容加密模块：在DCT分组密钥值和加密强度的控制下，对二维CAD工程图进行置乱操作和替换运算，完成二维CAD工程图内容的加密。

二维CAD工程图内容解密模块：在DCT分组密钥值和加密强度的控制下，对二维CAD工程图进行逆替换运算和逆置乱操作，完成二维CAD工程图内容的解密。

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