基于Julia集和DNA编码的图像加密方法技术

本发明专利技术公开一种基于Julia集和DNA编码的图像加密方法，包括：获取明文图像M在R、G、B三通道上的像素矩阵I

【技术实现步骤摘要】
基于Julia集和DNA编码的图像加密方法


[0001]本专利技术属于图像加密
，更具体地，本专利技术涉及一种基于Julia 集和DNA编码的图像加密方法。

技术介绍

[0002]随着计算机和互联网技术的发展与成熟，文字、图片、视频等多媒体数 据被频繁使用。而作为网络传输中的主要信息形式，图像在传输过程中的安 全问题越来越引起广泛关注。图像加密是保证图像安全性传输的重要技术， 一直是信息安全中研究的热点问题之一。
[0003]目前，图像加密技术主要包括现代密码体制的加密技术、混沌加密技术、 基于压缩感知的光学图像加密技以及DNA加密技术等。近年来，DNA计算 因其大规模的并行计算能力和超低的功耗被国内外专家学者广泛应用于图 像加密中，并提出一系列加密算法。目前，基于DNA编码的图像加密算法 还存在诸多不足，例如算法并行性差，耗时长，而且抵抗选择明文攻击性能 弱，当明文有微小改变时，同一密钥加密后的NPCR和UACI值与理论值 相差较多，且单一编码方式易遭受明文攻击的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于Julia集和DNA编码的图像加密方法，旨在提高图 像加密的安全性。
[0005]本专利技术是这样实现的，一种基于Julia集和DNA编码的图像加密方法， 所述方法具体包括如下步骤：
[0006]S1、获取明文图像M在R、G、B三通道上的像素矩阵I
R
、I
G
、I
B
，基 于像素矩阵I
R/>、I
G
、I
B
生成Julia集生成参数；
[0007]S2、基于Julia集生成参数生成Julia集图像，选择Julia集图像边界的混 沌性区域，对混沌性区域进行放大得到标准图像R；
[0008]S3、对标准图像R进行多次幻方置乱，在每次幻方置乱后，基于当前生 成的置乱图像R
i
及标准图像R更新密钥图像A；
[0009]S4、取密钥图像A的中间部分，得到密钥图像B，基于密钥图像B确 定DNA编码参数，输入DNA编码算法；
[0010]S5、将明文图像M与密钥图像A按照DNA编码算法进行图像扩散， 形成明文图像M的密文图像Q。
[0011]进一步的，Julia集生成参数w、p、q生成公式具体如下：
[0012]p＝0.5+mod(sum(I
B
(:)),5)/10；
[0013]q＝
‑
0.7+mod(sum(I
B
(:)),5)/10；
[0014]w＝15+mod(sum(I
G
(:)),5)；
[0015]其中，I
R
(:)、I
G
(:)、I
B
(:)分别表示明文图像M在R、G、B三通道上的 像素矩阵元素。
[0016]进一步的，对标准图像R进行s次幻方置乱，其中，s的计算公式具体 如下：
[0017]s＝4+mod(sum(I
R
(:)),6)。
[0018]进一步的，混沌区域的生成方法具体如下：
[0019]以标准图像R周边的指定区域内最大像素点为中心，以r为半径，形成 的正方形区域即为混沌区域。
[0020]进一步的，基于标准图像R及置乱图像R
′
更新当前第i次幻方置乱后的 密钥图像A
i
，计算公式具体如下：
[0021][0022][0023][0024]其中，表示密钥图像A
i
中坐标(a,b)处的密钥值，r
ij
为标准图像R中坐 标(i,j)处的元素值，(a,b)为元素值r
ij
在置乱图像R
i
中的坐标，R
i
为标准图像R 经过第i次幻方置乱后形成的置乱图像，为元素值r
ij
经第i次幻方置乱后 的中间值，xor为异或运算。
[0025]进一步的，将密钥图像B转换为行向量，平均分为四个序列{E,F,G,H}， 其中，E序列决定密钥图像A像素值的DNA编码方式，F序列决定明文图 像M像素值的DNA编码方式，G序列决定二者的运算方式，H序列决定 DNA编码的解码序列。
[0026]本专利技术提出一种结合Julia集和DNA编码的彩色图像加密方法，1)由 于Julia集可以由几个较少的参数产生，从而节省了密钥的存储空间；2)采 用对初始值更为敏感且放大区域边界具有混沌性的Julia分形集作为密钥， 可以产生随机性更强的序列，不容易被攻击者获取，增强了算法的安全性3) 提出的DNA随机编码方式有效解决了采用单一编码方式易遭受明文攻击的 问题；综上所述，本专利技术提出的加密方法密钥空间大且密钥存储空间较小， 对原图像无损坏，能够抵抗各种攻击，安全性很高。
附图说明
[0027]图1为本专利技术提供的基于Julia集和DNA编码的图像加密方法流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例提供的基于DNA编码的图像扩散过程示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例提供的加解密结果示意图，其中(a)为明文图像， (b)为密文图像，(c)为解密后的图像；
[0030]图4为本专利技术实施例提供的图像中像素灰度值的分布示意图，其中，(a) 为明文图像，(b)、(c)、(d)分别为(a)在R、G、B三个通道上的直方图， (e)为密文图像，(f)、(g)、(h)分别为(r)在R、G、B三个通道上的直 方图；
[0031]图5为本专利技术实施例提供的不同密钥的解密图像，其中(a)为正确密 钥，(b)为密钥w改变10
‑
10
，(c)为p改变10
‑
10
，(d)为q改变10
‑
10
；
[0032]图6为本专利技术实施例提供的添加不同椒盐噪声后的解密图像，其中，(a) 的噪声强度0.01，(b)的噪声强度0.03，(c)的噪声强度0.06。
具体实施方式
[0033]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式作进一 步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有 更完整、准确和深入的理解。
[0034]图1为本专利技术提供的基于Julia集和DNA编码的图像加密方法流程图， 该方法具体包括如下步骤：
[0035]S1、获取明文图像M在R、G、B三通道上的像素矩阵I
R
、I
G
、I
B
，基 于像素矩阵I
R
、I
G
、I
B
生成Julia集生成参数w、p、q，其生成公式具体如下：
[0036]s＝4+mod(sum(I
R
(:)),6)；
[0037]p＝0.5+mod(sum(I
B<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Julia集和DNA编码的图像加密方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：S1、获取明文图像M在R、G、B三通道上的像素矩阵I
R
、I
G
、I
B
，基于像素矩阵I
R
、I
G
、I
B
生成Julia集生成参数；S2、基于Julia集生成参数生成Julia集图像，选择Julia集图像边界的混沌性区域，对混沌性区域进行放大得到标准图像R；S3、对标准图像R进行多次幻方置乱，在每次幻方置乱后，基于当前生成的置乱图像R
i
及标准图像R更新密钥图像A；S4、取密钥图像A的中间部分，得到密钥图像B，基于密钥图像B确定DNA编码参数，输入DNA编码算法；S5、将明文图像M与密钥图像A按照DNA编码算法进行图像扩散，形成明文图像M的密文图像Q。2.如权利要求1所述基于Julia集和DNA编码的图像加密方法，其特征在于，Julia集生成参数w、p、q生成公式具体如下：p＝0.5+mod(sum(I
B
(:)),5)/10；q＝
‑
0.7+mod(sum(I
B
(:)),5)/10；w＝15+mod(sum(I
G
(:)),5)；其中，I
R
(:)、I
G
(:)、I
B
(:)分别表示明文图像M在R、G、B三通道上的像素矩阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱静，杭后俊，郭萍，程永建，吴亚玲，孙永妍，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：