[发明专利]一种基于SHA-512的动态DNA彩色图像加密方法

说明书

本发明提供一种基于SHA‑512的动态DNA彩色图像加密方法，包括如下步骤：利用SHA‑512和明文图像产生512字节的哈希序列用于计算混沌系统的初值和间歇参数，对转换后的明文彩色图像利用2D‑RT进行置乱操作，将置乱后的结果分解成红绿蓝三个通道；利用四翼混沌系统和洛伦茨系统产生混沌序列，结合间歇参数，对三个通道矩阵和混沌矩阵进行重组；计算DNA矩阵的海明距离，更新两个混沌系统的初值，产生相应的混沌矩阵完成DNA矩阵扩散操作；对扩散后的DNA矩阵进行解码与分解，对分解后的矩阵进行置乱操作，得到加密图像。本发明采用SHA‑512产生哈希序列，使得本方法拥有足够大的密钥空间来抵抗暴力攻击。

技术领域

本发明涉及生物信息学和图像加密领域，具体而言，尤其涉及一种基于SHA-512的动态DNA彩色图像加密方法。

背景技术

随着互联网时代和大数据时代的到来，针对图像的研究逐渐吸引了大批的研究者。图像极易被复制、篡改、非法传播和蓄意攻击，因此针对图像安全的研究需求日益增大。由于图像像素具有很强相关性，因此直接将传统加密算法应用到图像中效果和效率很难令人满意。现有针对图像的加密技术，主要包括混沌加密技术、基于DNA编码的加密技术、信息隐写技术、基于光学领域的加密算法等。虽然图像加密研究已经取得了较多成果，但一些传统加密方法存在较为严重的安全缺陷，无法有效地抵挡统计攻击、明文攻击、蛮力攻击等一系列攻击。相比其他传统方法，基于DNA编码的加密技术能够较好地抵御统计攻击和蛮力攻击，但一些基于DNA编码的加密系统同样存在无法抵挡明文攻击、操作耗时、无法充分发挥DNA碱基关系等缺点。本发明针对这些问题和以往研究成果提出了一种基于SHA-512的动态DNA彩色图像加密方法，能够较好地解决上述问题。

发明内容

根据上述提出的现有基于DNA编码的加密系统无法抵挡明文攻击、操作耗时、无法充分发挥DNA碱基关系的技术问题，而提供基于SHA-512的动态DNA彩色图像加密方法，拥有足够大的密钥空间来抵抗暴力攻击，同时对DNA矩阵采取非常规操作进行扩散，降低了算法的复杂度，节省了运行时间。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于SHA-512的动态DNA彩色图像加密方法，包括：

将明文图像送入第一处理支路进行基于SHA-512算法的转换操作，生成哈希序列，并根据所述哈希序列计算混沌系统的初值和间歇参数，所述混沌系统包括四翼混沌系统和洛伦茨混沌系统；

将明文图像送入第二处理支路进行基于2D-RT算法的置乱操作，并将得到的置乱结果分解成红、绿、蓝三个通道；

对所述红、绿、蓝三个通道矩阵和四翼混沌系统产生的混沌矩阵进行重组，生成第一中间矩阵，所述四翼混沌系统产生的混沌矩阵由四翼混沌系统初始值迭代转换获得；

对洛伦茨混沌系统产生的混沌矩阵进行重组，生成第二中间矩阵，所述洛伦茨混沌系统产生的混沌矩阵由洛伦茨混沌系统初始值迭代转换获得；

对所述第一中间矩阵和第二中间矩阵分别进行DNA编码、DNA扩散及DNA解码及转换操作对应得到十进制矩阵F和矩阵X，对所述矩阵F和矩阵X进行分解；

对分解结果进行置乱操作，从而得到加密图像。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中利用明文图像生成哈希序列，又由哈希序列确定混沌系统初值和间歇参数，即由明文图像间接确定系统初值和间歇参数，增强了加密系统和明文图像联系，从而具有明文敏感性，加密算法可以更有效地抵挡明文攻击。

2、本发明利用超混沌系统以及二轮置乱-扩散操作，有效地抵抗差分攻击，也消除了像素间的相关性，从而使得密文图像各像素值分布直方图呈均匀分布，进而能够有效地抵挡统计攻击。

3、本发明采用SHA-512产生哈希序列，使得本方法拥有足够大的密钥空间来抵抗暴力攻击。