[发明专利]基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法

说明书

本发明涉及一种基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法，首先，将明文图像进行位平面分解并将其进行DNA编码、变形转变为三维DNA矩阵；接着，利用双重置乱操作对三维DNA矩阵进行置乱，该过程将混沌序列的排序置乱与三维猫映射置乱相结合对DNA序列进行位级置乱；然后，将置乱后的三维DNA矩阵执行扩散操作，并将扩散后的矩阵转变为二维DNA矩阵；最后，将二维DNA矩阵进行DNA解码操作得到密文图像。本文利用明文图像的SHA 256哈希函数计算混沌系统的初始值，并且所使用的三维猫映射的参数也和明文图像有关，增强了算法抵抗选择明文攻击的能力。实验结果和安全分析表明，该加密方案可以抵御多种已知的攻击，可以有效地保护图像的安全，进一步提高安全等级。

技术领域

本发明涉及图像加密技术领域，特别涉及一种基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法。

背景技术

在日常生活学习中，数字图像具有生动、直观等特征，可以更加形象的反映现实世界，因而数字图像被人们大量的使用。当今，随着互联网技术的飞速发展，越来越多的图像信息在网络上传输和存储。在开放共享的网络时代，互联网是一把双刃剑，图像信息通过网络传输和存储给人们带来便利的同时还存在诸多安全隐患，一些不法分子可能会利用网络漏洞非法复制和盗取用户信息、商业机密，甚至国家机密等，这些行为会导致个人信息泄露、公司经济损失，甚至危害到国防安全。数字图像作为医疗、教育、经济和军事等领域的主要载体，所承载的信息有些是极其重要的，这些信息被不法分子窃取，将导致严重的后果。因此，如何解决图像在网络上传输和存储的安全问题已经成为重要话题。图像加密技术就是有效的途径之一。传统的加密算法如AES、DES等，主要用于对文本的加密，并不是专门用于图像信息的加密算法，这些算法只是将其作为二进制数据流来进行加密，没有考虑到数字图像的固有属性如数据量大，冗余度高以及相邻像素之间的相关性强，传统的加密算法加密效率不高，效果不理想。因此寻找一种安全可靠的图像加密方法已经摆在人们面前。目前，将混沌系统和其它行之有效的加密手段相结合来对图像进行加密已经成为信息安全研究的一个热点，具有非常大的应用潜力。混沌系统是一种非线性系统，具有随机性、确定性、遍历性和对初值的高度敏感性等特点。正因为它的这些特点，使它特别适合用于图像加密中。大多数图像加密算法都是采用低维的混沌系统，低维混沌系统具有结构简单、易于操作且计算速度快的优点，但是低维混沌系统由于密钥空间较小，造成算法的安全性不高，故很多学者采用高维的超混沌系统来对图像进行加密。超混沌系统的动力学行为比低维混沌系统更加复杂且难以预测，并且基于超混沌的图像加密算法具有更大的密钥空间，因此超混沌系统被逐渐应用于图像加密算法中。

目前，DNA计算被广泛应用于图像加密中。DNA序列不仅组合规则多样而且存在着高度并行性、能量损耗超低性以及信息存储高密度等优点，这使得DNA技术在密码学上具有先天的优势。另外，DNA序列有8种编码规则，但是许多基于DNA的加密算法只是采用其中的某一种固定的编码规则，这就造成了算法的抗穷举攻击能力不强，算法的安全性不高。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提出一种基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法，与传统DNA加密算法中常常采用二维DNA加密，即把明文图像的DNA序列作为二维矩阵进行加密处理不同，及与以往DNA加密算法采用固定的DNA编码和解码规则不同，通过对明文图像的三维DNA矩阵进行置乱和扩散加密操作，同时对明文图像的每个像素采用动态的编码和解码规则，增强抗攻击能力，可抵御多种已知攻击，有效保护图像安全。

按照本发明所提供的设计方案，一种基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法，包含如下步骤：