本发明专利技术公开了一种基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法。通过图像随机分块重组和猫脸变换的双重置乱操作改变载体图像的像素位置。引用logistic映射产生混沌序列作为加密算法的扩散序列，分别进行DNA编码和运算，得到最后加密图像。实验结果表明，基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法能抵抗已知明文攻击和差分攻击，加密图像的像素变化速率(NPCR)均值为99.61％，统一平均变化强度(UACI)均值为33.44％，加密算法具有很好的安全性。全性。全性。
【技术实现步骤摘要】
基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法
[0001]本专利技术属于信息安全、数字图像处理和秘密学交叉领域，主题内容是一种基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法，加密算法具有很好的安全性。
技术介绍
[0002]数字化时代，多媒体数据的储存和传输变得轻而易举，但如何保证隐私信息的安全问题也变得越来越重要。图像是人们获取信息的一种最直观也是最主要的方式，全球互联网用户每天通过互联网传输的数据非常庞大，所以本文的研究热点就是针对数字图像的保密传输和储存的方法研究。图像加密技术可以使图像的明文信息不被公开，使隐私信息得到保护，攻击者在不知道解密密钥的情况下，将不能获取图像信息，从而达到了保护图像信息的效果，因此，图像加密技术能够有效的保证信息的安全。
技术实现思路
[0003]传统的方法存在着明显的缺点，频域加密一般也属于有损加密，因此，传统图像加密算法存在泄漏图像信息的危险，针对这些问题，提出一种基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法。
[0004]主要技术方案包括：根据目前加密算法置乱
‑
扩散表现的优异加密性能，对明文图像进行随机分块重组的预处理，使每一小块图像的位置发生改变，通过猫脸变换和logistic映射混沌对图像进行双重加密，得到最后的加密图像，为图像加密方法提供一种新的加密方案。
[0005]实验结果表明，基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法能抵抗已知明文攻击和差分攻击，加密图像的像素变化速率(NPCR)均值为99.61％，统一平均变化强度(UACI)均值为33.44％，加密算法具有很好的安全性。
附图说明
[0006]图1是加密算法主要架构。
[0007]图2是分块重组图像。
[0008]图3是不同迭代次数猫脸变换加密结果图。
[0009]图4是猫脸变换置乱结果图。
[0010]图5是混沌加密结果图。
[0011]图6加密算法流程图。
[0012]图7是实验图像。
[0013]图8是加密图像。
[0014]图9是(a
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d)原始图像直方图(e
‑
h)置乱加密图像直方图(i
‑
l)混沌加密图像直方图(m
‑
p)本文加密图像直方图。
[0015]图10是(a
‑
c)加密Lena相邻像素相关性(d
‑
f)加密Baboon相邻像素相关性(g
‑
i)加
密Barbara相邻像素相关性(j
‑
l)加密Cameraman相邻像素相关性。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。
[0017]本专利技术的主要框架图如图1所示，一种基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法，该方法具体包括以下流程：
[0018]步骤一：图像进行分块重组
[0019]先对明文图像进行预处理操作，将大小为M
×
N的原始明文图像,平均分成若干个大小相同的部分，随机的将分成的部分进行打乱，然后再将这些部分进行重组，得到重组图像。
[0020]步骤二：Arnold置乱过程
[0021]根据设定的参数a，b由置乱公式，将重组后的图像像素进行迭代次数为 n1的移动。
[0022]将置乱后图像像素灰度值转换为相应的8位二进制序列，按照表1的编码规则从图像第一个像素开始，从左往右S型扫描，进行DNA编码，得到的4位 DNA序列，将其放入长度为M
×
N的数组中。
[0023]表1 DNA序列编码规则
[0024][0025]猫脸(Arnold)变换，通过将图像中所有的像素坐标通过猫脸变换置换到新的坐标中，改变图像像素位置来实现图像置乱加密。公式如下:
[0026][0027]其中(x，y)是待转换图像的像素点，(X，Y)是像素(x，y)的转换后坐标，mod()是模运算操作，N是原始图像矩阵的阶数.如公式(2)所示的2 阶矩阵：
[0028][0029]当其中的值满足md
‑
nc＝1时，它对图像像素坐标的变换可以当作同种方式的置乱变换。选择操作简单的猫脸变换进行重组图像的置乱过程，给定a＝3；b＝5，即m＝16，n＝
‑
3，c＝
‑
5，d＝1，迭代次数选择10次，经过公式(1)对重组Lena 图像(256
×
256像素)进行猫脸变换置乱，得到的加密图像。
[0030]步骤三：Logistic混沌映射
[0031]根据设定的参数u产生Logistic混沌序列，选择序列中间长度为M
×
N个数，以获得更好的随机性，将选取的混沌序列转换为0～255范围内的整数，再得到相应的8位二进制混沌序列。
[0032]本文选用logistic映射作为图像加密的扩散序列，根据公式(3)和设定的参数产生Logistic混沌序列，在置乱图像的扩散阶段引入DNA编码。
[0033]m(k+1)＝u
×
m(k)(1
‑
m(k))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0034]其中m(k)属于(0，1)，0<u<＝4，利用logistic映射对初值敏感的特点，可以获得长度很长的混沌序列，同时可以作为大数据量图像的加密序列。
[0035]给定原始图像大小为M
×
N，利用logistic混沌映射进行图像加密的基本原理和步骤如下：
[0036](1)按照logistic混沌映射的基本定义，生成一维混沌映射序列m(i)，长度为M
×
N；
[0037](2)将生成的一维混沌序列m(i)与预处理后的图像像素w(i)按照公式(4)进行异或运算：
[0038][0039]步骤四:DNA编码
[0040]按照表1的编码规则有顺序的进行DNA编码，也得到的4位DNA序列。将得到的两段DNA编码序列分成8组相同长度的小段，相互之间按照随机密钥key2 进行设定好次数为n2的DNA序列运算。
[0041]步骤五:生成加密结果图
[0042]最后一步，将运算后的DNA序列转换，变成像素值为的像素矩阵，就得到了最后的加密图像。
[0043]方法测试
[0044]仿真实验选用512
×
512Lena，Baboon，Barbara等6幅灰度图像作为处理图像。
[0045]为了验证本次实验提出算法的性能，分别进行加密算法的直方图，UACI， NPCR，像素相关性和密钥空间等性能进行分析。
[0046]图像加密算法应尽可能使加密图像的像素灰度值均匀分布，即密文图像直方图趋于平稳，掩盖密文图像的像素值分布规律,从而增加攻击者构建明文图像与密文图像变换关系的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法，其特征在于，通过图像随机分块重组和猫脸变换的双重置乱操作改变载体图像的像素位置；引用logistic映射产生混沌序列作为加密算法的扩散序列，分别进行DNA编码和运算，得到最后加密图像；实验结果表明，基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法能抵抗已知明文攻击和差分攻击，加密图像的像素变化速率(NPCR)均值为99.61％，统一平均变化强度(UACI)均值为33.44％，加密算法具有很好的安全性。2.根据权利要求1所述的一种基于混沌系统的重组置乱DNA编码图像加密算法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一：图像进行分块重组先对明文图像进行预处理操作，将大小为M
×
N的原始明文图像,平均分成若干个大小相同的部分，随机的将分成的部分进行打乱，然后再将这些部分进行重组，得到重组图像；步骤二：Arnold置乱过程根据设定的参数a，b由置乱公式，将重组后的图像像素进行迭代次数为n1的移动；将置乱后图像像素灰度值转换为相应的8位二进制序列，按照表1的编码规则从图像第一个像素开始，从左往右S型扫描，进行DNA编码，得到的4位DNA序列，将其放入长度为M
×
N的数组中；猫脸(Arnold)变换，通过将图像中所有的像素坐标通过猫脸变换置换到新的坐标中，改变图像像素位置来实现图像置乱加密；公式如下：其中(x，y)是待转换图像的像素点，(X，Y)是像素(x，y)的转换后坐标，mod()是模运算操作，N是原始图像矩阵的阶数.如公式(2)所示的2阶矩阵：当其中的值满足md
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nc＝1时，它对图像像素坐标的变换可以当作同种方式的置乱变换；选择操作简单的猫脸变换进行重组图像的置乱过程，给定a＝3；b＝5，即m＝16，n＝
‑<...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶汉民，苏可琴，黄仕明，
申请(专利权)人：桂林理工大学，
类型：发明
国别省市：
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