[发明专利]基于自身扩散和DNA编码的图像加密方法

说明书

本发明提供一种基于自身扩散和DNA编码的图像加密方法，首先混沌映射生成混沌序列生成编码解码规则以及DNA运算规则，采用Zigzag变换将图像展开并对展开的明文图像进行编码，结合混沌序列利用自身编码和对应编码来进行动态碱基运算，每一像素的DNA编解码方式以及碱基之间的DNA运算规则的选取均由混沌系统生成的混沌序列决定，解决了DNA编解码和运算规则单一的问题，从而改变当前碱基，实现明文图像的扩散。统计扩散后的碱基数量经归一化处理作为参数执行二次混沌映射生成步长规则，进行洗牌置乱，以打乱像素间的关联性，使其更具有安全性，灵敏度更高，提高了图像加密的效率，显著提高了加密图像的安全性。

技术领域

本发明属于数字图像加密算法技术领域，具体涉及一种基于自身扩散和DNA编码的图像加密方法。

背景技术

随着网络和多媒体技术的迅速发展和普及，人们的网络活动越来越频繁，信息安全问题也越来越突出。图像等多媒体数据的安全性也引起了人们的关注和重视。由于数字图像不同于文本信息，具有数据量大、冗余度高，像素间关联性强等特点，因此，传统的加密方法不能有效地加密图像。而混沌系统对初始值高度敏感，具有不可预测性和伪随机性等特点使其非常适用于加密算法，由此衍生出基于混沌的图像加密算法。利用混沌系统特性进行加密已逐渐成为近年计算机科学和密码学领域的研究热点之一。

脱氧核糖核酸编码(简称DNA编码)是一门将计算机科学与分子生物学相结合的新学科。它使用模拟DNA生物操作通过执行伪DNA计算来执行信息加密。由于DNA编码继承了遗传分子强大的并行计算能力、低能耗和高信息密度，DNA编码技术在图像加密中具有独特的优势，已成为图像加密算法的新热点。近年来，学者们将DNA编码技术和混沌映射结合，提出一些新的图像加密方法。

由于加密图像可以用二维矩阵表示，因此通常使用矩阵展开的方式将图像转换为向量进行处理。然而，这种方法具有变换的周期性，而且图像的展开方式多是单一的按行展开，大多数DNA编码与混沌系统的图像加密方法中，所选取的DNA解码规则多是编码规则基础上的逆运算，DNA之间的运算也多是异或操作，使得算法抗穷举攻击的能力很弱，容易造成安全隐患。

发明内容

基于上述问题，本发明一种基于自身扩散和DNA编码的图像加密方法，包括：

步骤1：在密钥区间随机产生密钥参数生成安全加密密钥sk；

步骤2：采用Zigzag变换将待加密的明文图像按照Zigzag变换规则进行置乱；

步骤3：根据安全加密密钥sk利用混沌映射生成混沌序列X，用于生成编码/解码以及DNA碱基之间的运算规则；

步骤4：将编码后的DNA进行像素置乱后用于图像的加密，得到加密图像。

所述步骤3包括：

步骤3.1：将安全密钥sk作为混沌序列的初始参数；

步骤3.2：利用公式(1)迭代计算生成混沌序列X；

式中，x_n、x_n+1为混沌序列X中的值，q为参数，q∈(0,1)，0x_n1；

步骤3.3：将混沌序列X分为两部分序列X₁、序列X₂，所述序列X₁为根据明文图像的像素数量生成的用于编码/解码的规则序列，所述序列X₂为根据DNA碱基的数量生成的DNA碱基之间的运算规则序列；

步骤3.4：利用公式(2)生成明文图像的DNA编码规则rule，对明文图像进行DNA编码；

rule＝mod(X₁×10⁴,8)+1   (2)