[发明专利]一种DNA乱序编码和混沌映射的图像加密和解密方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像加密领域，尤其涉及一种DNA乱序编码和混沌映射的 图像加密和解密方法。

背景技术

近几年随着互联网的发展，智能设备的普及，更多的人们开始使用互 联网传输各种数据，图像作为良好的信息载体，有着数据量大、冗余度高 的特点，并且人类对图像信息表现出高效的感知能力，大量的数字图像通 过互联网进行传输，但由于互联网具有开放性，传输的数据很容易被截取、 捕获。图像加密逐渐成为研究热点。

1963年美国著名气象学家Lorenz，无意间发现混沌现象后，对混沌 现象的研究就没有停息，相继出现了混沌同步、混沌控制等领域的研究成 果。同时混沌系统具有的遍历性、伪随机性、对初始条件的极端敏感性、 长期不可预测等特点都非常适合应用于密码系统中。许多研究人员将不同 领域的知识引入密码学中，以期设计出更好的加密系统。使用生物DNA序 列并行计算的特点对图像编码、运算，并结合混沌理论对图像进行加密是 一种新的加密方法。但由于一些算法的结构缺陷，例如：单一的DNA编码 方式、一味的提高混沌系统的维数及复杂度而不去改善加密结构等。一些 基于DNA编码及混沌的加密算法陆续被指出存在不同程度的安全问题，且 混沌系统主要贡献于加密系统的是其产生的伪随机序列，如果没有良好的 算法结构去抵抗密码攻击，攻击者很可能直接破解出该随机序列，而不用 关心混沌系统是否复杂。

发明内容

本发明针对现有方式的缺点，提出一种DNA乱序编码和混沌映射的图 像加密和解密方法，用以解决现有技术存在的上述问题。

根据本发明的第一个方面，提供了一种DNA乱序编码和混沌映射的图 像加密方法，包括如下步骤：

S101.设置混沌系统的密钥：读取原图像大小m*n，密钥u₀、x₀、u₁、x₁， 并计算明文图像的信息熵h₀；

S102.所述混沌系统根据密钥产生加密矩阵：生成两个一维Logistic映 射，彼此进行按位抽取，生成的四个随机加密矩阵：Z_b1{i,j}_m*8n、Z_b2{i,j}_m*8n、 Z₃{i,j}_m*8n以及Z₄{i,j}_m*8n，并对Z_b1{i,j}_m*8n和Z_b2{i,j}_m*8n分别进行随机加密以进行 DNA标准编码，得到对应的DNA矩阵Z_{dna_1}{i,j}_m*4n、Z_{dna_2}{i,j}_m*4n；

S103.DNA编码：将明文图像A{i,j}_m*n二进制化后，按第一预设方式进 行DNA编码得到A_dna{i,j}_m*4n；

S104.DNA乱序编码：将A_dna{i,j}_m*4n按第二预设方式以及Z_{dna_1}{i,j}_m*4n进 行DNA乱序编码得到B_dna{i,j}_m*4n；

S105.DNA加法：将B_dna{i,j}_m*4n按第三预设方式与Z_{dna_2}{i,j}_m*4n进行DNA 加法得到C_dna{i,j}_m*4n；

S106.DNA解码：将C_dna{i,j}_m*4n按第一预设方式的编码方式，进行DNA 解码，得到二进制矩阵K_b{i,j}_m*8n；

S107.二维混沌置乱：依据Z₃{i,j}_m*8n和Z₄{i,j}_m*8n两个随机加密矩阵进行行 列互换，置乱K_b{i,j}_m*8n，得到K'_b{i,j}_m*8n；