一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，属于彩色图像加密技术领域。本发明专利技术针对现有技术中加密过程中DNA编码方式一旦确定就没有进行灵活的更改，对加密的安全性带来一定的隐患的问题，提供了一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，将忆阻混沌系统引入到DNA编码当中，产生混沌序列矩阵，再与彩色图像的红色分量平面、绿色分量平面和蓝色分量平面对应的DNA编码矩阵进行DNA序列逻辑运算，进而实现彩色图像加密。实验结果表明所给的彩色图像加密算法具有良好的加密性能，具有抗噪声强和密钥敏感性好的优点，解决了传统彩色图像加密过程中DNA编码方式单一的问题。方式单一的问题。方式单一的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法


[0001]本专利技术属于彩色图像加密
，具体涉及一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法。

技术介绍

[0002]最近几年，DNA编码规则在图像加密得到了广泛运用，许多科研工作者将其与混沌系统相结合提出了一系列图像加密方法。2010年，薛香莲利用混沌映射与DNA编码规则相结合的方案，设计了一种新的图像加密方法[38]，该方法还利用了小波函数与混沌映射相结合的方法产生混沌序列，再利用产生的混沌序列对图像像素位置置乱，再将置乱的图像按照DNA编码规则进行编码，同时对Logistic映射产生的序列按照DNA编码规则进行编码，最后将两组碱基执行逻辑运算。2013年刘晨曦将DNA编码与混沌系统加密方法运用到彩色图像加密中，方法是将图像分解成R、G、B三个平面，然后对其进行DNA编码与DNA加法运算，由于加密过程中DNA编码方式一旦确定就没有进行灵活的更改，对加密的安全性带来一定的隐患。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中加密过程中DNA编码方式一旦确定就没有进行灵活的更改，对加密的安全性带来一定的隐患的问题，本专利技术提供了一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法。
[0004]本专利技术采用的技术方案如下：
[0005]一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，包括以下步骤：
[0006]步骤A：选定忆阻混沌系统，并根据忆阻混沌系统得到用于确定DNA编码规则的参数g和f；
[0007]步骤B:将彩色图像转化成R分量平面、G分量平面和B分量平面，并对三个分量平面执行n次图像置乱，转化的三个分量平面的每个位置上的像素值转化为八位的二进制数，得到三个二维的二进制图像矩阵；
[0008]步骤C:将忆阻混沌系统迭代m次，每迭代一次均得到二进制忆阻混沌序列Z(n)，V(n)，W(n)；
[0009]步骤D:将二进制的忆阻混沌序列Z(n)、V(n)和W(n)，按照第f+1种编码规则进行DNA编码，得到三个多维的DNA编码矩阵，分别记为Z1、V1和W1；
[0010]步骤E：将步骤B得到的三个二维的二进制图像矩阵，按照第g+1种编码规则进行DNA编码，得到三个多维的DNA编码矩阵，分别记为R1、G1和B1；
[0011]步骤F：用DNA编码矩阵Z1、V1、W1分别与R1、G1、B1三个平面中的DNA编码矩阵执行DNA编码逻辑运算，得到变换后的三个平面R2、G2、B2；
[0012]步骤G：将R2、G2、B2三个平面合并，得到加密图像。
[0013]采用该技术方案后，解决了现有技术中传统彩色图像加密过程中DNA编码方式单一的问题，对于彩色图像加密算法具有良好的加密性能，具有抗噪声强和密钥敏感性好的优点。
[0014]进一步的，步骤A中所述的忆阻混沌系统为五阶忆阻混沌系统，所述五阶忆阻混沌系统的状态方程为：
[0015][0016]其中式(1
‑
1)中，M1＝1+3φ
12
，M2＝1+3φ
22
，其中φ1、φ2分别为忆阻器M1和忆阻器M2的内部状态变量，a、b、c、d和e为五阶忆阻混沌系统的系统参数，和为五阶忆阻混沌系统的状态变化量，x、y、z、v和w为普通变化量，设x＝φ1，y＝φ2，则M1＝1+3x2，M2＝1+3y2；
[0017]根据所述状态方程将忆阻混沌系统迭代k次，取迭代的第k次的状态变量X
k
和Y
k
，按如下计算得到参数g和f：
[0018]g＝mod[abs(round{X
k
×
104})，8](1
‑
2)；
[0019]f＝mod[abs(round{Y
k
×
104})，8](1
‑
3)；
[0020]其中，式(1
‑
2)和(1
‑
3)中，abs为取绝对值，round为四舍五入到最近的整数，mod为取模操作；式(1
‑
2)中，g的取值为{0，1，2，3，4，5，6，7}，式(1
‑
3)中，f的取值为f{0，1，2，3，4，5，6，7}。
[0021]进一步的，所述g的值决定R、G和B平面的DNA编码和解码规则，f的值决定忆阻混沌序列Z(n)，V(n)，W(n)的DNA编码规则。
[0022]作为优选，步骤B中通过Arnold变换对彩色图像进行图像置换，彩色图像执行n次Arnold变换的表达式为：
[0023][0024]其中，式(1
‑
4)中，i和j为加密前彩色图像像素值的坐标位置，i'和j'为经过Arnold变换置乱后彩色图像像素值的坐标位置；N为彩色图像二维矩阵的阶数；i，j，i'，j'∈{1，2，
…
，N
‑
1}；
[0025]其中，式(1
‑
4)中，n的值通过忆阻混沌系统的状态变量x、状态变量y和状态变量w的映射X(n)、映射Y(n)和映射W(n)做以下运算得到；
[0026]当四阶忆阻混沌的状态变量的映射的第i位大于门限值时,取值为1，小于门限值时，取值为0，设门限值为g，得到Px
(n)
；
[0027]若Px
(n)
＝1,则n＝mod[round{Y(n)
×
108},1000](1
‑
5)；
[0028]若Px
(n)
＝0,则n＝mod[round{W(n)
×
108},1000](1
‑
6)；
[0029]其中，式(1
‑
4)、(1
‑
5)中(1
‑
6)中mod均表示取模操作。
[0030]进一步的，步骤C中忆阻混沌序列Z(n)的取值公式为:
[0031][0032]其中，式(1
‑
7)中，n为迭代次数，Z
i
(n)为第n次迭代后Z(n)小数点后i位的数值；
[0033]当忆阻混沌系统的状态变量的值Z的第i位大于门限值r时，Z(n)＝1，小于门限值r时，Z(n)＝0，本章加密算法中，r＝5；
[0034]那么，忆阻混沌序列V(n)和W(n)的取值公式为:
[0035][0036][0037]进一步的，步骤F中所述逻辑运算的公式如下：
[0038][0039]其中，彩色图像点位大小为M
×
N，m1，n1分别表示图像的横坐标和纵坐标。
[0040]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0041]本专利技术提供了一种五阶忆阻混沌系统以及DNA(脱氧核糖核酸)编码彩色图像加密算法，解决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤A：选定忆阻混沌系统，并根据忆阻混沌系统得到参数g和f；步骤B:将彩色图像转化成R分量平面、G分量平面和B分量平面，并对三个分量平面执行n次图像置乱，将置乱后的三个分量平面的每个位置上的像素值转化为八位的二进制数，得到三个二维的二进制图像矩阵；步骤C:将忆阻混沌系统迭代m次，每迭代一次均得到二进制忆阻混沌序列Z(n)，V(n)，W(n)；步骤D:将二进制的忆阻混沌序列Z(n)、V(n)和W(n)，按照第f+1种编码规则进行DNA编码，得到三个多维的DNA编码矩阵，分别记为Z1、V1和W1；步骤E：将步骤B得到的三个二维的二进制图像矩阵，按照第g+1种编码规则进行DNA编码，得到三个多维的DNA编码矩阵，分别记为R1、G1和B1；步骤F：用DNA编码矩阵Z1、V1、W1分别与R1、G1、B1三个平面中的DNA编码矩阵执行DNA编码逻辑运算，得到变换后的三个平面R2、G2、B2；步骤G：将R2、G2、B2三个平面合并，得到加密图像。2.根据权利要求1所述的一种基于忆阻混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于：步骤A中所述的忆阻混沌系统为五阶忆阻混沌系统，所述五阶忆阻混沌系统的状态方程为：其中式(1
‑
1)中，M1＝1+3φ
12
，M2＝1+3φ
22
，其中φ1、φ2分别为忆阻器M1和忆阻器M2的内部状态变量，a、b、c、d和e为五阶忆阻混沌系统的系统参数，和为五阶忆阻混沌系统的状态变化量，x、y、z、v和w为普通变化量，设x＝φ1，y＝φ2，则M1＝1+3x2，M2＝1+3y2；根据所述状态方程将忆阻混沌系统迭代k次，取迭代的第k次的状态变量X
k
和Y
k
，按如下计算得到参数g和f：g＝mod[abs(round{X
k
×
104})，8](1
‑
2)；f＝mod[abs(round{Y
k
×
104})，8](1
‑
3)；其中，式(1
‑
2)和(1
‑
3)中，abs为取绝对值，round为四舍五入到最近的整数，mod为取模操作；式(1
‑
2)中，g的取值为{0，1，2，3，4，5，6，7}，式(1
‑
3)中，f的取值为f{0，1，2，3，4，5，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹富成，刘德春，庞虹，
申请(专利权)人：阿坝师范学院，
类型：发明
国别省市：