基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法技术

一种基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法，属于信息加密领域。目前，网络批量图像传送和存储变得日益频繁，为保护多幅交互图像内容的安全性，本发明专利技术提出一种基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法。首先，对k幅图像进行DNA编码，并组成一幅大图像；其次，利用陈超混沌产生的混沌序列置乱大图像；再次，将置乱的大图像与混沌序列进行DNA计算完成扩散；最后，对扩散结果进行DNA解码，产生k幅加密图像。实验表明：该算法可同时加密多幅交互图像，且密钥空间大，密钥敏感性强，安全性高。

Multi image encryption method based on DNA coding and Chen Chao chaos

A multi image encryption method based on DNA coding and Chen Chao chaos belongs to the field of information encryption. Nowadays, network batch image transmission and storage become more and more frequent. In order to protect the security of multiple interactive image content, the present invention proposes a multi-image encryption method based on DNA coding and Chen Chaos. Firstly, the K images are encoded by DNA, and a large image is formed; secondly, the chaotic sequence generated by Chen Chao is used to scramble the large image; thirdly, the scrambled large image and chaotic sequence are calculated by DNA to complete the diffusion; finally, the diffusion result is decoded by DNA to produce K encrypted images. Experiments show that the algorithm can encrypt multiple interactive images simultaneously, and the key space is large, the key sensitivity is strong, and the security is high.

【技术实现步骤摘要】
基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法
本专利技术涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种多图像加密方法。
技术介绍
大数据时代下，无论是军事系统、电子政务和金融系统，还是日常生活，每天都会产生庞大的图像信息，为保证这些信息内容不被窃取，图像加密技术在科研界及工业界引起了广泛的关注。多图像加密（Multiple-imageencryption，MIE）作为一种新的多媒体安全技术，具有高效的特征，逐渐引起研究者的关注。研究者们已提出一些多图像加密方法。这些方法有的已被破译，有的安全性较弱，有的效率较低，有的加密图像幅数有限等问题，难以令人满意。鉴于此，为提高多图像加密方法的安全性和保证数字图像的安全传输，结合DNA编码和陈超混沌理论，设计了一种基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法。该方法利用了DNA高速的信息处理能力和庞大的信息存储，以及陈超混沌良好的随机性和复杂性，有效地保护了多幅交互图像网络传输和存储的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的：针对现有多图像加密方法安全性弱或加密效率低等问题，提出一种基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法。本专利技术的技术方案：为实现上述专利技术目的，采用的技术方案为基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法，加密步骤如下：步骤1：设k=k1×k2，且k1和k2均为正整数，将k幅大小为m×n的原始交互图像I1,I2,…,Ik组成一幅大图像IB，并将其DNA编码成矩阵IBD；步骤2：根据陈超混沌的系统参数a,b,c,d,k和初始值x0,y0,z0,q0，产生4个混沌序列X,Y,Z,Q；步骤3：利用排序函数sort()对X,Y,Z,Q排序，生成4个新序列LX,LY,LZ,LQ，以及对应的索引值序列FX,FY,FZ,FQ；步骤4：利用索引值序列FX和FQ，置乱矩阵IBD，得置乱后的矩阵为IBDS；步骤5：计算混沌序列ZT和Y的乘积，其中ZT为Z的转置，可得混沌矩阵C，再C进行整数化处理，可得混沌图像CI，最后对CI进行DNA编码，可得DNA编码矩阵CD；步骤6：对矩阵CD与IBDS进行DNA异或运算，实现像素值的扩散操作，可得矩阵IBDD；步骤7：对IBDD进行DNA解码，可得大图像EBDD；步骤8：按照像素位置和m×n的尺寸，对EBDD进行图像分割，可得k幅加密图像E1,E2,…,Ek。进一步地，所述步骤1中，将k幅大小为m×n的原始交互图像I1,I2,…,Ik组成一幅大图像IB为：，(1)任选一种DNA编码方式，对IB进行DNA编码，生成一个大小为mk1×4nk2的矩阵IBD。进一步地，所述步骤2中，选定陈超混沌的系统参数a,b,c,d,k和初始值x0,y0,z0,q0，生成4个混沌序列为：(2)。进一步地，所述步骤3中，利用sort()对X,Y,Z,Q排序：，(3)其中，LX是X升序排列后得到的新序列，FX是LX的索引值序列，其它符号LY,FY,LZ,FZ,LQ,FQ与LX,FX含义类似。进一步地，所述步骤4中，利用索引值序列FX和FQ，按如下方式置乱矩阵IBD，可得置乱后的矩阵IBDS，IBDS(FQ(i),FX(j))=IBD(i,j)，i=1,2,…,m×k1，j=1,2,…,4n×k2(4)。进一步地，所述步骤5中，计算混沌序列ZT和Y的乘积，可得一个大小为mk1×nk2的矩阵C，再对C进行如下整数化处理，可得混沌图像CI：CI(i,j)=mod(floor(C(i,j)×108),256)，i=1,2,…,m×k1，j=1,2,…,n×k2，(5)最后任选一种DNA编码方式，对CI进行编码，可得一个大小为mk1×4nk2矩阵CD。进一步地，所述步骤6中，对矩阵CD与IBDS按如下方式进行DNA异或运算，可得矩阵为IBDD，IBDD=CD⊕IBDS(6)。进一步地，所述步骤7中，任选一种DNA编码方式，对IBDD进行DNA解码操作，可得一幅新的大图像EBDD。在解密过程中，利用相同的混沌序列和对应的DNA编码方式对加密图像E1,E2,…,Ek进行解密，可得k幅原始交互图像。Bob的解密过程是Alice加密的逆过程。有益效果：本专利技术针对现有的多图像加密方法安全性差或加密效率低等缺点，难以令人满意，提出了一种新的基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法。主要贡献有以下2点：（1）在该方法中，采用了复杂度高和随机性好的陈超混沌系统，更能有效地增强方法的安全性；（2）在该方法中，利用了DNA高速的信息处理能力和庞大的信息存储。因此，提出的方法可同时加密多幅交互图像，且密钥空间大，密钥敏感性强，安全性高。附图说明图1：基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法的加密流程图；图2：原始交互图像；图3：加密图像；图4：基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法的解密流程图。具体实施方式下面结合具体附图和实例对本专利技术的实施过程进一步详细说明。图1是本方法的加密流程图。采用的编程软件为MatlabR2014b，选取图2所示的4幅大小为512×512的图像作为原始交互图像。采用本方法，对原始交互图像加密的具体过程描述如下：1.将4幅图像纵向排列产生大图像，并随机选取一种DNA编码方式，比如DNA编码方式1，对原始交互图像进行DNA编码；2.Alice随机选取陈超混沌系统的控制参数和初始值分别为：a=35，b=7，c=12，d=3，k=0.6和初始值x0=8.036，y0=0.999，z0=16.372，q0=12.228，产生4个混沌序列；3.对产生的混沌序列进行排序操作；4.利用混沌序列，进行像素位置置乱；5.利用混沌序列，产生混沌图像，并随机选取一种DNA编码方式，比如DNA编码方式1，对混沌图像进行DNA编码；6.对大图像对应DNA矩阵的置乱结果和混沌图像对应的DNA矩阵，进行DNA异或运算，得到一个新的DNA矩阵；7.任选一种DNA编码方式，比如DNA编码方式1，对上述结果矩阵进行DNA解码操作，得到一幅新的大图像；8.按照像素位置和512×512的尺寸，对上述大图像进行图像分割，从而产生4幅加密图像，如图3所示。在解密过程中，利用相同的混沌序列和对应的DNA编码方式作用于4幅加密图像。Bob的解密过程是Alice加密的逆过程，图4是本方法的解密流程图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设k = k1×k2，且k1和k2均为正整数，将k幅大小为m×n的原始交互图像I1, I2,…, Ik组成一幅大图像IB，并将其DNA编码成矩阵IBD；步骤2：根据陈超混沌的系统参数a, b, c, d, k和初始值x0, y0, z0, q0，产生4个混沌序列X, Y, Z, Q；步骤3：利用排序函数sort()对X, Y, Z, Q排序，生成4个新序列LX, LY, LZ, LQ，以及对应的索引值序列FX, FY, FZ, FQ；步骤4：利用索引值序列FX和FQ，置乱矩阵IBD，得置乱后的矩阵为IBDS；步骤5：计算混沌序列ZT和Y的乘积，其中ZT为Z的转置，可得混沌矩阵C，再C进行整数化处理，可得混沌图像CI，最后对CI进行DNA编码，可得DNA编码矩阵CD；步骤6：对矩阵CD与IBDS进行DNA异或运算，实现像素值的扩散操作，可得矩阵IBDD；步骤7：对IBDD进行DNA解码，可得大图像EBDD；步骤8：按照像素位置和m×n的尺寸，对EBDD进行图像分割，可得k幅加密图像E1, E2, …, Ek。

【技术特征摘要】
1.基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：设k=k1×k2，且k1和k2均为正整数，将k幅大小为m×n的原始交互图像I1,I2,…,Ik组成一幅大图像IB，并将其DNA编码成矩阵IBD；步骤2：根据陈超混沌的系统参数a,b,c,d,k和初始值x0,y0,z0,q0，产生4个混沌序列X,Y,Z,Q；步骤3：利用排序函数sort()对X,Y,Z,Q排序，生成4个新序列LX,LY,LZ,LQ，以及对应的索引值序列FX,FY,FZ,FQ；步骤4：利用索引值序列FX和FQ，置乱矩阵IBD，得置乱后的矩阵为IBDS；步骤5：计算混沌序列ZT和Y的乘积，其中ZT为Z的转置，可得混沌矩阵C，再C进行整数化处理，可得混沌图像CI，最后对CI进行DNA编码，可得DNA编码矩阵CD；步骤6：对矩阵CD与IBDS进行DNA异或运算，实现像素值的扩散操作，可得矩阵IBDD；步骤7：对IBDD进行DNA解码，可得大图像EBDD；步骤8：按照像素位置和m×n的尺寸，对EBDD进行图像分割，可得k幅加密图像E1,E2,…,Ek。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤1中，将k幅大小为m×n的原始交互图像I1,I2,…,Ik组成一幅大图像IB为：，(1)任选一种DNA编码方式，对IB进行DNA编码，生成一个大小为mk1×4nk2的矩阵IBD。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤2中，选定陈超混沌的系统参数a,b,c,d,k和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，王清明，李国庆，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32