[發(fā)明專利]基于DNA編碼和混沌的多圖像加密方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710844774.6
• 申請日: 2017-09-19
• 公開（公告）號: CN107659752B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉強;孫鶴鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種基于DNA編碼和混沌的多圖像加密方法，屬于信息加密領(lǐng)域。大數(shù)據(jù)時代產(chǎn)生的海量數(shù)字圖像，既要保證圖像內(nèi)容的安全性，又要有較高的加密效率。多圖像加密作為一種新的多媒體安全技術(shù)，具有高效的特征。目前的一些多圖像加密方法加密效率低，安全性弱，解密圖像存在明顯失真，難以令人滿意。本發(fā)明將多幅原始圖像編碼成對應的DNA序列矩陣。利用混沌序列置亂DNA序列矩陣，并對置亂結(jié)果進行DNA序列的擴散操作。通過DNA解碼操作得到加密圖像。主要創(chuàng)新內(nèi)容為：提出了一種基于DNA編碼和混沌的多圖像加密方法。實驗結(jié)果表明：該方法具有優(yōu)秀的加密效果且安全性高，適用于實際的圖像加密應用中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種信息加密技術(shù)，特別是涉及一種多圖像加密方法。

背景技術(shù)

在諸多領(lǐng)域，每天都產(chǎn)生海量的數(shù)字圖像，如軍事偵探，自然災害監(jiān)控，交通監(jiān)控，天氣預報，電子政務，以及個人事務等。同時，近年，各種拍攝設(shè)備的大量涌現(xiàn)也加速了大數(shù)據(jù)時代的到來。例如：一臺普通的單反相機每秒鐘能拍攝3 到5 張圖像，一個交通攝像頭每天能采集成千張圖像。在大數(shù)據(jù)時代，數(shù)字圖像經(jīng)常攜帶許多秘密信息。隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，多媒體安全，特別是圖像安全已成為學術(shù)界和工業(yè)界的重要挑戰(zhàn)之一。

為確保圖像的安全傳輸，研究者提出了許多種單幅圖像加密方法。目前，主要的單幅圖像加密方法包括：基于現(xiàn)代密碼體制的圖像加密方法，基于矩陣變換的圖像加密方法，基于混沌的圖像加密方法，基于變換域的圖像加密方法和基于DNA 計算的圖像加密方法。

在大數(shù)據(jù)時代，盡管多幅圖像可通過重復多次執(zhí)行單幅圖像加密方法來完成，但是加密效率往往難以令人滿意。多圖像加密（Multiple-image encryption，MIE）作為一種新的多媒體安全技術(shù)，具有高效的特征，逐漸引起人們的關(guān)注。研究者們提出了一些基于光學信息處理系統(tǒng)的多圖像加密方法。這些方法大多是基于小波變換或傅里葉變換而設(shè)計，在頻域中實現(xiàn)對多圖像的加密，并常常與圖像壓縮技術(shù)結(jié)合。因此，解密圖像往往存在一些明顯的失真。同時，這些方法要求圖像數(shù)據(jù)在空間域和變換域之間來回變換。從而使得這些方法的加密效率也難以令人滿意。在基于數(shù)字信息處理手段方面，研究者們也提出了一些多圖像加密方法，但它們加密效率低或安全性弱，難以令人滿意。為提高多圖像加密方法的安全性和保證數(shù)字圖像的安全傳輸，設(shè)計了一種基于DNA編碼和混沌的多圖像加密方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的：針對現(xiàn)有多圖像加密方法存在加密效率低、解密圖像失真或安全性弱的問題。提出一種基于DNA編碼和混沌的多圖像加密方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案為基于DNA編碼和混沌系統(tǒng)的多圖像加密方法，包括如下步驟：

步驟1：令k幅m×n大小的交互圖像為I₁, I₂, …, I_k，計算二維Logistic映射的初始值x₀、y₀和分段線性混沌映射（Piecewise Linear Chaotic Map，PWLCM）的初始值z₀和控制參數(shù)p；

步驟2：利用x₀、y₀、z₀、p、二維Logistic和PWLCM映射，產(chǎn)生三個混沌序列X_4mn={Xt}、Y_4mn={ Yt}和Z_mn={Zt}；

步驟3：對I₁, I₂, ..., I_k進行DNA編碼，得DNA序列矩陣為I₁₁, I₂₁, …, I_k1，編碼規(guī)則如下：

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