一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法技术

一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，涉及数字图像加密领域，针对现有图像混沌加密方案存在不足以及高维连续时间混沌系统离散过程算法复杂，以致加密图像安全性低、获取离散混沌序列耗时的问题而提出的。利用六维离散超混沌系统产生六组混沌序列，由哈希函数SHA‑256产生系统迭代初始值；提取彩色图像的RGB分量，对各分量作DNA编码分别得到DNA矩阵并合并，构建重组DNA矩阵，同时执行行列置乱操作；然后，将置乱DNA矩阵拆分成三个大小相同的矩阵，分别与DNA编码后的三个混沌密钥矩阵作DNA计算，再对得到的矩阵执行DNA解码操作；对解码矩阵执行扩散加密操作，加密轮数由SHA‑256决定。加密效果好，安全性高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法
本专利技术涉及一种多通道彩色图像混沌加密方法，涉及数字图像加密

技术介绍
信息安全是当今通信领域中的一个重要问题。随着大数据时代的到来以及信息存储和传输能力的显著提高，多媒体数据越来越多地通过互联网传输。数字图像作为多媒体技术发展的产物，具有大数据量、高冗余性和相邻像素间的强相关性等特点。如何保证数字图像安全，防止非法使用和获取，是目前亟待解决的问题[1]。传统加密算法(DES、AES、RAS)不能满足数字图像加密的实时性和安全性的双重要求[2-3]。混沌系统所具有的对初始条件和控制参数的敏感性、伪随机特性和状态遍历性，能很好地满足图像加密系统的要求，因而越来越多的学者从事混沌加密领域的研究。混沌系统分为两类：低维混沌(一维或二维)和高维混沌[4-5]。虽然低维混沌系统拓扑结构简单、易于实现，但其有很多缺陷，例如密钥空间小、安全性差[6-7]。文献[6]提出的基于一维混沌系统的加密算法分为5个步骤：随机像素插入、行分离、一维替换、行组合和图像旋转。该方案的图像旋转仅对密码图像扩散起作用，对图像置乱影响并不明显。由于自身的复杂结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，其特征在于，所述方法的实现过程为：首先利用六维离散超混沌系统产生六组混沌序列，由哈希函数SHA‑256产生所述系统迭代初始值；通过混沌序列确定DNA编码规则、DNA计算规则；通过所述哈希函数SHA‑256确定加密轮数；其次，提取彩色图像的RGB彩色分量，对各分量作DNA编码分别得到DNA矩阵并合并，构建重组DNA矩阵，同时执行行列置乱操作；然后，将置乱的重组DNA矩阵拆分成三个大小相同的矩阵，分别与经DNA编码后的三个混沌密钥矩阵进行DNA计算，再对得到的三个矩阵执行DNA解码操作得到解码矩阵；对图像完成基于DNA编码的加密；最后，对解码矩阵...

【技术特征摘要】
1.一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，其特征在于，所述方法的实现过程为：首先利用六维离散超混沌系统产生六组混沌序列，由哈希函数SHA-256产生所述系统迭代初始值；通过混沌序列确定DNA编码规则、DNA计算规则；通过所述哈希函数SHA-256确定加密轮数；其次，提取彩色图像的RGB彩色分量，对各分量作DNA编码分别得到DNA矩阵并合并，构建重组DNA矩阵，同时执行行列置乱操作；然后，将置乱的重组DNA矩阵拆分成三个大小相同的矩阵，分别与经DNA编码后的三个混沌密钥矩阵进行DNA计算，再对得到的三个矩阵执行DNA解码操作得到解码矩阵；对图像完成基于DNA编码的加密；最后，对解码矩阵执行扩散加密操作，在基于DNA编码加密的基础上进行基于混沌序列的扩散加密。2.根据权利要求1所述的一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，其特征在于，所述六维离散超混沌系统的表示式如式(1)所示：x(n+1)＝0.28x(n)+0.18y(n)-0.12z(n)+0.48p(n)-0.02q(n)-0.42w+mod(c6p(n),d6)y(n+1)＝0.12x(n)+0.52y(n)-0.18z(n)+0.42p(n)-0.08q(n)-0.48w+mod(c1x(n),d1)z(n+1)＝0.10x(n)+0.40y(n)+0.00z(n)+0.30p(n)+0.00q(n)-0.40w+mod(c2y(n),d2)q(n+1)＝-0.02x(n)+0.28y(n)+0.18z(n)+0.48p(n)-0.12q(n)-0.52w+mod(c3z(n),d3)w(n+1)＝-0.08x(n)+0.22y(n)-0.28z(n)+0.32p(n)+0.32q(n)-0.28w+mod(c4q(n),d4)p(n+1)＝0.00x(n)+0.30y(n)-0.20z(n)+0.40p(n)-0.20q(n)-0.00w+mod(c5w(n),d5)(1)式中：mod(·,·)是系统反馈控制器，其中c1＝2.3×107，c2＝3.2×107，c3＝5.0×107，c4＝4.0×107，c5＝6.0×107，c6＝2.3×107；d1＝219，d2＝220，d3＝221，d4＝222，d5＝223，d6＝224；式(1)所述系统的六个李氏指数分别为：LE1＝17.3878，LE2＝17.3877，LE3＝17.3876，LE4＝17.3875，LE5＝17.3872，LE6＝17.3871，六个指数均为正值，满足超混沌系统的条件。3.根据权利要求1或2所述的一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，其特征在于，在步骤一中，一、利用六维离散超混沌系统产生六组混沌序列以及通过所述哈希函数SHA-256确定加密轮数的过程为：(1)使用哈希函数SHA-256将明文图像和初始密钥进行关联，具体流程：设输入的彩色明文图像大小为M*N，提取明文图像的R、G和B彩色分量，得到三个大小为M*N的图像矩阵；将图像矩阵分别转化成长度为MN的一维向量Rin、Gin和Bin；利用三个一维向量计算向量Vin，具体如式(2)所示：Vin＝mod(Rin+Gin+Bin,256)⊕((Rin⊕Gin)+(Rin⊕Bin)+(Gin⊕Bin))/3(2)式中：⊕表示按位异或运算符，mod(·,·)代表取模运算；(2)将初始密钥int_x、int_y、int_z、int_q、int_w、int_p和Vin作为哈希函数SHA-256的输入，输出结果为256bit的消息摘要，按每4bit划分为十六进制数；将十六进制数均分为32组，由hi,1hi,2(i＝1,2,3,…,32)表示；再将每组十六进制数转换成十进制数d(i)(i＝1,2,…,32)；hi,1hi,2(i＝1,2,3,…,32)表示一个含有两位十六进制数的数，下标i表示第i组十六进制数，hi,1表示第i组十六进制数的第一位数，hi,2表示第i组十六进制数的第二位数；(3)初始密钥int_x、int_y、int_z、int_q、int_w和int_p，以int_x为例，按式(3)所示方法进行处理：x(0)＝mod(round(int_x*215),256)(3)(4)分别将(3)中所求的参数x(0)、y(0)、z(0)、q(0)、w(0)和p(0)按式(4)处理，得到更新后的参数x(0)、y(0)、z(0)、q(0)、w(0)和p(0)；(5)再分别使用int_x、int_y、int_z、int_q、int_w和int_p对应更新x(0)、y(0)、z(0)、q(0)、w(0)和p(0)，按式(5)处理，以x(0)更新为例：x(0)＝int_x+x(0)/(215)(5)得到混沌系统的初始迭代值x(0)、y(0)、x(0)z(0)、q(0)、w(0)和p(0)后，求取加密轮数K：K＝mod((d(30)+d(31)),4)(6)(6)按如下规则处理K：如果K等于0或者1，那么K等于2；其他情况下K＝K+1；(7)求取混沌序列，将x(0)、y(0)、z(0)、q(0)、w(0)和p(0)作为初始值参与混沌系统方程迭代，迭代次数为(1024+65536)，其中，前1024个值是为了避免混沌系统的暂态效应；计算得到的混沌序列记为M，将M拆分为M1和M2两部分：M1＝reshape(uint8(mod(round(M(:,1:1024)),256)),1,1024*6)(7)M2＝M(:,1025:65560)(8)式中：reshape(A,m,n)是矩阵变换函数，功能是重新调整矩阵A的行数、列数，m和n分别为调整后的行数和列数；(8)计算M2的每行最小值，并更新六组混沌序列的最小值；每组混沌序列的最小值表示为min_value(i)(i＝1,2,3,4,5,6)；按照如式(9)所示方法进行更新：min_value(i)＝abs(min(M2(i,:)))+8(9)式中：min(.)是最小值函数，abs(.)是绝...

【专利技术属性】
技术研发人员：康守强，吴晨晨，王玉静，谢金宝，王庆岩，梁欣涛，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23