一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法技术

本发明专利技术提出了一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，使用Keccak算法计算明文图像的哈希值作为混沌系统的初始值输入密钥；利用混沌映射对初始条件的敏感性与伪随机性，迭代Logistic映射得到伪随机序列并生成希尔加密矩阵，对图像矩阵进行置乱与置换；结合Duffing映射与DNA编码技术，利用遗传操作实现像素的选择、交叉与变异来完成像素的扩散与置乱，通过与混沌序列进行双向异或运算，增强其混淆和扩散特性。本发明专利技术利用Duffing映射和Logistic映射的伪随机性、遍历性及遗传算法的交叉变异操作，对密钥的敏感性强，能有效抵抗统计攻击和差分攻击等，具有很好的安全性和应用潜力，图像加密效果及性能得到了显著提升。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法
本专利技术涉及图像加密的
，尤其涉及一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法。
技术介绍
随着互联网的快速发展以及人们生产生活需求的进一步提高，以文本为主导的时代逐渐趋于图像化。图像作为实用的信息载体，人们对图像信息具备着丰富高效感知能力，同时图像更进一步呈现出数据量大、冗余度高的特点，也推升着一些特殊的需求，比如一些涉及安全和隐私的领域：军事、政府、商业机密以及个人安全隐私等都需要安全的图像存储或者传输。互联网的广阔开放性使传输的数据很容易被截取和捕获。因此，图像加密逐渐成为学术界研究热点。由于图像中相邻像素之间的数据需求大、相关性高，所以传统的数据加密方法AES、DES、IDEA和RSA等加密效率不高。为此，研究人员致力于寻找满足混淆和扩散要求的图像加密方法。相比于传统加密系统，混沌系统具有更强的优越性，其运动轨迹的非周期性以及对初始条件极度敏感性、非线性、各态遍历性、不可预测性等特性被许多学者和专家所重视。1998年，Fridrich首次将图像信息、混沌系统和密码理论的特性结合应用于图像加密算法中，充分保证了算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：将大小为M×N的灰度图像P转换成大小为M×N的二维图像矩阵P1；步骤二：采用Keccak算法对灰度图像P生成散列值K，将散列值K分组计算混沌系统的初值；步骤三：根据Logistic映射和混沌系统的初值产生混沌序列L，混沌序列L按照升序排列得到置换索引序列L′，将置换索引序列L′按照每行M个值进行填充可得到置换矩阵，用置换矩阵置乱图像矩阵P1中的像素位置，得到置乱后的图像矩阵P2；步骤四：选取混沌序列L中的元素构造

【技术特征摘要】
1.一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：将大小为M×N的灰度图像P转换成大小为M×N的二维图像矩阵P1；步骤二：采用Keccak算法对灰度图像P生成散列值K，将散列值K分组计算混沌系统的初值；步骤三：根据Logistic映射和混沌系统的初值产生混沌序列L，混沌序列L按照升序排列得到置换索引序列L′，将置换索引序列L′按照每行M个值进行填充可得到置换矩阵，用置换矩阵置乱图像矩阵P1中的像素位置，得到置乱后的图像矩阵P2；步骤四：选取混沌序列L中的元素构造个希尔加密矩阵，对图像矩阵P2按照每4个像素一组，选择构造的希尔加密矩阵对分组后的图像矩阵进行加密置换得到图像矩阵P3；步骤五：从GenBank数据库中下载一个DNA序列，从第1个碱基开始截取长度为4M×N个碱基的序列，作为序列SQ；步骤六：根据Duffing映射和混沌系统的初值产生序列U和序列V，每次选择图像矩阵P3中的两个个体，将序列SQ中的碱基进行DNA解码，每4个碱基解码后组成一个控制字，依次控制个体的交叉操作，得到图像矩阵P4；步骤七：将图像矩阵P4变换为一维向量并进行DNA编码，得到一维的图像DNA序列，采用给定的序列SQ，根据碱基变异方法和规则对图像DNA序列中的每个碱基实现变异操作；变异后的图像DNA序列进行DNA解码恢复成二维矩阵形式，得到图像矩阵P5；步骤八：将序列U作为正向扩散密码流、序列V作为反向扩散的密码流，根据像素扩散技术对图像矩阵P5中的每个像素实行正向扩散和逆向扩散，扩散后得到图像加密矩阵P6，将图像加密矩阵P6恢复得到加密后的密文图像。2.根据权利要求1所述的基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，其特征在于，所述Logistic映射的数学描述为：xt+1＝μxt(1-xt)其中，t为迭代时间步，对于任意的t，xt∈[0，1]，μ为一可调参数；当3.5699456<μ≤4时，Logistic映射处于混沌状态。3.根据权利要求1所述的基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，其特征在于，所述Duffing映射是一个离散时间的动力系统，数学描述为：其中，xt和yt均表示迭代时间步t的状态变量，xt+1和yt+1均表示迭代时间步t+1的状态变量，a和b为常数；当a＝2.75和b＝0.2，Duffing映射产生混沌行。4.根据权利要求1所述的基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，其特征在于，所述GenBank数据库中下载的DNA序列为ID号为：NZ_LOZQ01000042的DNA序列；所述DNA编码将灰度图像每个像素的灰度值用8位二进制数表示，将8位二进制数转化为4个碱基序列，DNA序列的编码规则有8种，分别为：5.根据权利要求2或3所述的基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，其特征在于，所述计算混沌系统的初值的方法为：散列值K的长度为512比特，将散列值K分为64组，每组包含8个比特位，记散列值K＝{k1,k2,k3,…,k64}，则Keyg＝Key′g+abs(round(hg)-hg)其中，Keyi为混沌系统的初值，Key′i为给定值，g＝1,2,3,4，分组散列值的下标r＝4(g-1)。6.根据权利要求1所述的基于Du...

【专利技术属性】
技术研发人员：张勋才，牛莹，赵俊，赵凯，顾冬华，耿盛涛，王延峰，毋媛媛，孙军伟，崔光照，
申请(专利权)人：郑州轻工业学院，
类型：发明
国别省市：河南,41