【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数字图像加密，提出一种基于多维混沌系统与dna编码的彩色图像加密方法。
技术介绍
1、图像作为可以直观表达信息的应用在我们的生活中无处不在。随着互联网时代的不断发展，人们的生活越来越离不开网络，数字图像也被用于许多领域，如医学，国防，法律事务，学校档案，商业合作等。因此，图像传输和存储的安全性必然成为人们所关注的热点。如何更好的保护数字图像内容的安全，成为了我们需要解决的问题。
2、由于数字图像的一些固有特征，如数据量大，相邻像素间相关性强以及冗余度高，传统的加密方法如des，aes和rsa，难以解决这些问题。所以一些研究学者提出了基于混沌的图像加密，混沌的特点主要有对初始值和控制参数的敏感性，内在的随机性，有界性，遍历性以及非周期性。密码学对密钥的要求正好是混沌系统所具有的特性，所以将混沌系统应用到图像加密中，会得到非常好的加密效果。1989年，应用数学家matthews最先设计了基于混沌的加密方法，开启了将混沌系统应用到图像加密领域的大门。1998年fridrich在二维混沌系统的基础上总结出一种加密结构——混淆-扩散结构。通过混沌映射生成效果很好的随机序列，与数字图像进行像素间的位置变换与数值变化，得到像素分布均匀的图像，最终实现图像加密。
3、随着密码学，数学和生物学等学科的共同发展，相互渗透，dna密码技术受到了广泛关注。dna编码固有的并行性，低功耗和巨大的存储等优势，越来越多的学者将混沌理论和dna技术相结合应用到图像加密中。dna编码技术是将二进制序列映射到dna碱基的过程，
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于多维混沌系统与dna编码的图像加密方法及其解密方法，用来提高数字图像加密的抗穷举攻击能力，抗统计攻击能力和抗明文攻击能力等。本专利技术对密钥进行明文关联，提供更大的密钥空间；多维混沌系统提供更好的不可预测性和随机性；同时，与dna编码技术相结合实现更安全的图像加密。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、基于多维混沌系统与dna编码的图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、步骤1、对输入的彩色图像进行图像预处理，得到重构图像i，并将每个通道的像素和的平均值作为三维逻辑映射的初始密钥；每个通道的不同比特面和的平均值作为chen超混沌系统的初始密钥。
5、步骤2、将初始密钥作为初始值，输入三维逻辑映射迭代生成混沌序列xi,yi,zi，其中将序列xi转化为与图像i大小相同的二维随机矩阵；输入chen超混沌系统迭代生成混沌序列xi，yi，zi，hi；根据混沌序列xi对明文图像i进行dna编码，根据混沌序列yi对随机矩阵进行dna编码；已编码明文图像矩阵和已编码随机矩阵执行dna运算，运算规则由zi决定；再对dna矩阵执行dna解码操作得到解码矩阵，解码规则由hi决定；最后完成dna编码的加密，得到扩散后的矩阵q。
6、步骤3、基于混沌序列yi与zi计算得到索引序列；再根据索引序列对扩散后的矩阵q进行行置换与列置换，得到最终密文图像t。
7、进一步的，步骤1中，图像预处理的过程为：针对输入的彩色图像，分别获取r,g,b分量为i1，i2，i3，再将三个矩阵依次横向拼接，得到重构图像i。对图像进行分块，在分块之前要保证矩阵尺寸可以被t整除，所以先填充矩阵使用下列公式：
8、mod(m,t)＝0
9、mod(n,t)＝0
10、其中mod代表取余，填充的数据为0，t＝4为分块的大小，之后重新获取矩阵尺寸为m，n，这样二维矩阵i(m，n)可以被分为(m*n)/t2个图像块。
11、进一步的，步骤1中，生成初始密钥的过程为：
12、首先，可得到所述三维逻辑映射初值x0，y0，z0分别由待加密图像r通道，g通道和b通道的所有像素值的和构成，当图像不同时，所述三维逻辑映射初值也不同：
13、x0＝sun(i1(:))+sum(i2(:))/255*m*n
14、y0＝sun(i1(:))+sum(i3(:))/255*m*n
15、z0＝sun(i2(:))+sum(i3(:))/255*m*n
16、其次，由式可得所述chen超混沌系统初值x0，y0，z0，h0分别由i1的第1，5个比特面，i2的第2，6个比特面，i3的第3，7个比特面以及i1的第4，8个比特面的平均值构成：
17、x0＝sum(sum(bitand(i1,17)))/17*m*n)
18、y0＝sum(sum(bitand(i2,34)))/34*m*n)
19、z0＝sum(sum(bitand(i3,68)))/68*m*n)
20、h0＝sum(sum(bitand(i1,136)))/136*m*n)
21、其中，sum代表求和运算，bitand代表获取对应比特面的值，待加密图像选取不同，所述chen超混沌系统初值也将不同。
22、进一步的，步骤2中，chen超混沌系统的数学模型为：
23、x＝m(y-x)
24、y＝-xz+qx+py
25、z＝xy+nz
26、h＝yz+rh
27、式中x，y，z，h分别为系统状态变量关于时间的导数，控制参数为m，q，p，n，r；x，y，z，h为系统初始值。当m＝35，n＝3，p＝12，q＝7，r＝0.58时系统是处于超混沌的。
28、进一步的，步骤2中，三维逻辑映射的数学模型为：
29、xi+1＝αxi(1-xi)+βyi2xi+γzi3
30、yi+1＝αyi(1-yi)+βzi2yi+γxi3
31、zi+1＝αzi(1-zi)+βxi2zi+γyi3
32、其中α，β，γ为参数，当3.68<α<3.99，0<β<0.022，0<γ<0.015时，系统具有混沌特性，取值在[0,1]区间上。
33、进一步的，步骤2中，具体过程为：
34、步骤2.1、输入初始值x0，y0，z0和参数α，β，γ到三维逻辑映射式中进行迭代，生成三个随机序列{xi}，{yi}，{zi}；
35、步骤2.2、将{xi}序列转化为与原始矩阵i大小相同的二维随机矩阵r，并使数值转化到0到255范围之间，其中ro本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于多维混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于多维混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤1中，图像预处理的过程为：针对输入的彩色图像，分别获取R，G，B分量为I1，I2，I3，再将三个矩阵依次横向拼接，得到重构图像I。对图像进行分块，在分块之前要保证矩阵尺寸可以被t整除，所以先填充矩阵使用下列公式。其中Mod代表取余，填充的数据为0，t＝4为分块的大小，之后重新获取矩阵尺寸为M，N，这样二维矩阵I(M，N)可以被分为(M*N)/t2个图像块；
3.根据权利要求1所述基于多维混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤1中，生成初始密钥的过程为：
4.根据权利要求1所述基于多维混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤2中，Chen超混沌系统的数学模型为：
5.根据权利要求1所述基于多维混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤2中，三维逻辑映射的数学模型为：
6.根据权利要求1所述基于多维混沌系统与DNA
7.根据权利要求1所述基于多维混沌系统与DNA编码的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤3中，具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.基于多维混沌系统与dna编码的彩色图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于多维混沌系统与dna编码的彩色图像加密方法，其特征在于，步骤1中，图像预处理的过程为：针对输入的彩色图像，分别获取r，g，b分量为i1，i2，i3，再将三个矩阵依次横向拼接，得到重构图像i。对图像进行分块，在分块之前要保证矩阵尺寸可以被t整除，所以先填充矩阵使用下列公式。其中mod代表取余，填充的数据为0，t＝4为分块的大小，之后重新获取矩阵尺寸为m，n，这样二维矩阵i(m，n)可以被分为(m*n)/t2个图像块；
3.根据权利要求1所述基于多维混沌系...
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