本发明专利技术涉及图像处理与信息安全领域，具体涉及一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法。本发明专利技术对于明文彩色像素图像P为.bmp格式，图像尺寸为M×N，提取图像的三色通道矩阵分别构成三个M×N的矩阵PR，PG，PB；产生一个随机数R，求取32位十六进制图像散列值MD5，MD5＝MD(P,R)；将MD5平均分成8份，将MD归一到(0,0.01)之间。本发明专利技术提供一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法。引入了散列值和绝对误差概念，使加密算法与图像明文相联系，有效提升了算法安全性；本发明专利技术引入了DNA序列像素值调整和图像三通道耦合运算，有效降低了加密算法复杂程度，极大降低了密文像素值之间的相关性，提高了密文抗攻击特性，加密效果好，安全性高。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像处理与信息安全领域，具体涉及一种基于6维混沌系统的彩色图 像一次性密钥DNA加密方法。
技术介绍
近年来，随着网络技术和数字技术的快速发展，数字通信技术有了很大的提高。互 联网多媒体信息的传输变得越来越频繁，其中包括了文字信息以及图像信息。这些信息可 能包含个人的隐私信息、公司的机密信息，甚至是国家的安全信息。网络的多样性决定了信 息安全威胁的存在，这些信息中大约70%是以数字图像信息的形式出现的。这些图像信息 在传输过程中经常会遭到信息窃取、数据篡改等人为攻击，使信息发送者和信息接收者遭 受巨大的损失。 图像信息本身具有数据量大，数据间相关度高等特点，传统的针对纯文本信息的 加密方法，如数据加密标准〇)ES)、国际数据加密算法、非对称加密算法RSA等，并不完全适 合图像加密。由于混沌系统具有密钥空间大、初值敏感性、非周期性、非线性以及不可预测 性等特点，基于混沌的图像加密方法在安全性、适应性上具有优势，近年来得到了广泛的研 宄。 目前，图像加密算法主要有基于混沌系统的加密算法、基于空间域的加密算法、基 于变换域的加密算法。使用一般算法，直接对图像进行操作，加密密钥与明文信息无关，难 以抵抗已知明文攻击。采用一次密钥，即散列值MD5，可有效将加密密钥与明文建立联系， 提高系统安全性。使用一般像素值调整操作，并行度不高，容易遭受攻击。采用DNA序列进 行像素值调整，能有效提高系统并行度，实现规模巨大的并行运算，提升系统运行速度；DNA 存储容量巨大，能有效提升密钥空间，提高系统抗攻击性。 此外，常用混沌加密算法多采用低维混沌系统或多混沌系统并用，存在密钥空间 小或加密算法对密钥敏感性不强等缺点，采用高维混沌系统，可有效克服这一缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方 法。 本专利技术的目的是这样实现的： (1)对于明文彩色像素图像P为.bmp格式，图像尺寸为MXN，提取图像的三色通 道矩阵分别构成三个MXN的矩阵PK，PB; (2)产生一个随机数R，求取32位十六进制图像散列值MD5， MD5 =MD(P,R)； (3)将MD5 平均分成 8 份，即MD(j) = j= 1，? ? ?，8,将MD归一到 (0, 0.01)之间，D(i) =hex2dec(MD(i)),i= 1,. . . ,8 ； ⑷从口中任意选取彳个数出⑴川⑶川⑶川⑵丨并求和得到Sl=D(l)+D(3)+D(6)+D(7)， 依次类推求取s2, s3, s4, s5, s6,获取绝对误差序列e = { e " e 2, e 3, e 4, e 5, e6}， 如果SiX100mod2 = 0,则e^ + ;否则，e丨取-，【主权项】1. 一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法，其特征在于，包括下列 步骤： (1) 对于明文彩色像素图像P为.bmp格式，图像尺寸为MXN，提取图像的三色通道矩 阵分别构成三个MXN的矩阵PK，PB; (2) 产生一个随机数R，求取32位十六进制图像散列值MD5， MD5 =MD(P,R)； (3) 将MD5平均分成8份，即MD(j) = j= 1，? ? ?，8,将MD归一到（0, 0? 01) 之间， D(i) =hex2dec(MD(i)),i= 1,. . . , 8 ； (4) 从D中任意选取4个数{D⑴，D(3)，D(6)，D(7)}并求和得到 Sl=D(l)+D(3)+D(6)+D(7)， 依次类推求取S2,s3,s4,s5,s6，获取绝对误差序列e= {ee2，e3，e4，e5，e6}，如果 8'100111〇(12 = 0，则￡1取+;否则，￡1取-，(5) 获取更新后的6维混沌系统初始参数x'i(l，i= 1，2,. . .，6,代入6th-CNN高阶混 纯系统迭代m+3MN次，去除前m个值获取混纯序列Y=匕，y2,y3,y4,y5,y6}， x/ =xi0+e"i= 1，2, ? ? ?，6， Yi=xjX1014mod256,i= 1, 2, . . . , 6 ； (6) 用MD5最后一位计算t=MD5(32)mod6+l，取yt的前3M位得到行置乱序列1X3M 的丁心取yt+lnrod6+1得到列置乱序列MX3N的TN2;取yt+2Md6+1的前MXN位并得到明文DNA译 码规则序列1XMN的TN3;取yt+3nwd6+1，yt+4nrod6+1和yt+5mml6+1的前2MXN位，奇数项获取译码规 则1XMN的TN41，TN51，TN61，偶数项获取三通道混沌加密预处理序列1XMN的TN42,TN52,TN62 TN=ymod8+l； ⑵将明文PK，PpPB的每个像素点值转化为8位二进制数，将其每2位为一组，依据TN3 进行DNA译码，7. 1)若TN3(i) = 1，则 00 =A, 11 =T, 10 =C, 01 =G;7. 2)若TN3(i)= 2,则 00 =A, 11 =T, 01 =C, 10 =G;7. 3)若TN3(i) = 3,则 11 =A, 00 =T, 10 =C, 01 =G;7. 4)若TN3(i) = 4,则 11 =A, 00 =T, 01 =C, 10 =G;7. 5)若TN3(i) = 5,则 10 = A, 01 =T, 00 =C, 11 =G;7. 6)若TN3(i) = 6,则 01 =A, 10 =T, 00 =C, 11 =G;7. 7)若 TN3(i) = 7,贝lj10 =A, 01 =T，11 =C，00 =G;7. 8)若TN3(i) = 8,贝lj01 =A, 10 =T，11 =C，00 =G，译码后分别得到明文DNA编码if"' /f"4、，三通道混沌加密预处理序 列TN42、TN52、TN62依据译码序列TN41，TN51，TN61进行DNA译码，一码后得到三通道混沌加密 MA序列EfNA、E§NA、￡=?， (8)行置乱：将/T'iT4，/T4依次连接构成一个3MXN的矩阵Pi，得到序列TN# 的元素按升序排列在TK中的位置序列TN/JfPi的第一行移动到？：的第TN/ (1)行，Pi的第二行移动到？：的第TN/ (2)行，…，依次类推，直至Pi的第3M行移动到？1的第 TN/ (3M)行为止，得到行置乱后矩阵Plwt; TNr = sort (TN) (1) (9) 列置乱：将P1()Ut转化成MX3N的矩阵P2，得到序列TN2中的每一行元素按升序排列 在TN2中的位置序列TN2'，将P2的第i行第j列的元素移动到？1的第i行第TN2' (i，j) 列，直至Pi的第M行第3N列移动到？：的第M行第TN2' (M，3N)行为止，得到列置乱后矩阵 f*2out> (10) 像素值调整：将P2wt分解成3个MXN矩阵P3K、PpP3B，对图像像素值进行加密， 其中符号+为〇嫩加法运算，#{咸7^,0 = {('6',4〇,7^{次厂,（',句={6('丄4， ('早卜4,7\<：'，句=卜4,7'，<：'，6丨，6早卜4,7\<：'，句=丨7本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)对于明文彩色像素图像P为.bmp格式，图像尺寸为M×N，提取图像的三色通道矩阵分别构成三个M×N的矩阵PR，PG，PB；(2)产生一个随机数R，求取32位十六进制图像散列值MD5，MD5＝MD(P,R)；(3)将MD5平均分成8份，即MD(j)＝{dj1dj2dj3dj4},j＝1,...,8，将MD归一到(0,0.01)之间，D(i)＝hex2dec(MD(i)),i＝1,...,8；(4)从D中任意选取4个数{D(1),D(3),D(6),D(7)}并求和得到s1＝D(1)+D(3)+D(6)+D(7)，依次类推求取s2,s3,s4,s5,s6，获取绝对误差序列ε＝{ε1,ε2,ε3,ε4,ε5,ε6}，如果si×100mod2＝0，则εi取+；否则，εi取‑，ϵi=±si+Σj=18D(j),i=1,2,...,6;]]>(5)获取更新后的6维混沌系统初始参数x′i0,i＝1,2,...,6，代入6th‑CNN高阶混沌系统迭代m+3MN次，去除前m个值获取混沌序列Y＝{y1,y2,y3,y4,y5,y6}，xi′＝xi0+εi,i＝1,2,...,6，yi＝xi×1014mod256,i＝1,2,...,6；(6)用MD5最后一位计算t＝MD5(32)mod6+1，取yt的前3M位得到行置乱序列1×3M的TN1；取yt+1mod6+1得到列置乱序列M×3N的TN2；取yt+2mod6+1的前M×N位并得到明文DNA译码规则序列1×MN的TN3；取yt+3mod6+1，yt+4mod6+1和yt+5mod6+1的前2M×N位，奇数项获取译码规则1×MN的TN41,TN51,TN61，偶数项获取三通道混沌加密预处理序列1×MN的TN42,TN52,TN62TN＝ymod8+1；(7)将明文PR,PG,PB的每个像素点值转化为8位二进制数，将其每2位为一组，依据TN3进行DNA译码，7.1)若TN3(i)＝1，则00＝A,11＝T,10＝C,01＝G；7.2)若TN3(i)＝2，则00＝A,11＝T,01＝C,10＝G；7.3)若TN3(i)＝3，则11＝A,00＝T,10＝C,01＝G；7.4)若TN3(i)＝4，则11＝A,00＝T,01＝C,10＝G；7.5)若TN3(i)＝5，则10＝A,01＝T,00＝C,11＝G；7.6)若TN3(i)＝6，则01＝A,10＝T,00＝C,11＝G；7.7)若TN3(i)＝7，则10＝A,01＝T,11＝C,00＝G；7.8)若TN3(i)＝8，则01＝A,10＝T,11＝C,00＝G，译码后分别得到明文DNA编码三通道混沌加密预处理序列TN42、TN52、TN62依据译码序列TN41，TN51，TN61进行DNA译码，一码后得到三通道混沌加密DNA序列(8)行置乱：将依次连接构成一个3M×N的矩阵P1，得到序列TN1中的元素按升序排列在TN1中的位置序列TN1′，将P1的第一行移动到P1的第TN1′(1)行，P1的第二行移动到P1的第TN1′(2)行，…，依次类推，直至P1的第3M行移动到P1的第TN1′(3M)行为止，得到行置乱后矩阵P1out；TN′＝sort(TN) (1)(9)列置乱：将P1out转化成M×3N的矩阵P2，得到序列TN2中的每一行元素按升序排列在TN2中的位置序列TN2′，将P2的第i行第j列的元素移动到P1的第i行第TN2′(i,j)列，直至P1的第M行第3N列移动到P1的第M行第TN2′(M,3N)行为止，得到列置乱后矩阵P2out；(10)像素值调整：将P2out分解成3个M×N矩阵P3R、P3G、P3B，对图像像素值进行加密，其中符号为DNA加法运算，A+~{A,T,C,G}={C,G,A,T},T+~{A,T,C,G}={G,C,T,A},]]>C+~{A,T,C,G}={A,T,C,G},G+~{A,T,C,G}={T,A,G,C};]]>为DNA减法运算：A-~{A,T,C,G}={C,A,G,T},T-~{A,T,C,G}={G,C,T,A},C-~{A,T,C,G}={A,T,C,G},]]>G-~{A,T,C,G}={T,G,A,C};]]>为为DNA异或运算，规则为：A⊕~{A,T,C,G}={A,T,C,G},]]>T⊕~{A,T,C,G}={T,A,G,C},C⊕~{A,T,C,G}={C,G,A,T},G⊕~{A,T,C,G}={G,C,T,A}.]]>最终得到密文图像矩阵和CRDNA=(P3R...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高振国，张伟，陈丹杰，赵蕴龙，蔡绍滨，刘彦文，张松涛，吉明，杨生，梁利华，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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