[發明專利]一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法

有效

• 申請號: 201810067051.4
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108366181B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發明（設計）人: 李太勇;楊明高;吳江;井欣
• 申請（專利權）人: 西南財經大學
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04N1/44;H04L9/00
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

1.一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1.通過超混沌系統得到超混沌序列K；

所述超混沌系統方程為其中x、y、z、ω為系統的狀態變量，a、b、c、d、e、f、g為系統的控制參數，當a＝35,b＝3,c＝35,d＝5,e＝1,f＝0.2,g＝0.3時，系統呈現出超混沌行為，所述超混沌序列K的生成具體方法為：給定初始狀態值x0、y0、z0、ω0，通過迭代產生4個混沌序列，將前j-1次產生的混沌序列丟棄，將第j次迭代生成的4個狀態值按Sj＝{xj，yj，zj，ωj}進行合并并對其進行N次迭代，得到超混沌序列

S2.將原始圖像轉換為大小為L＝H×W的二維矩陣，其中H和W分別為矩陣的行和列的維數；

S3.將原始圖像像素信息轉化為一維向量序列P，通過所述超混沌序列K對所述序列P執行二進制位轉換、DNA轉換并分別對其像素級、位級及DNA級置亂及加密，得到加密后的二進制位序列B2；

S4.將所述序列B2轉換為加密圖像。

2.根據權利要求1所述的一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法，其特征在于，所述步驟S3的具體實施方法為：

S31.將原始圖像像素信息轉化為一維向量序列P，通過所述超混沌序列K得到索引序列,并用得到的索引序列對所述序列P執行像素級置亂，得到序列P0；

S32.從所述超混沌序列K中提取相鄰的L項，按映射算法將其映射到[0,255]區間，得到序列S，將所述序列P0與所述序列S執行異或操作，得到序列P1；

S33.將所述序列P1編碼成二進制位序列B；

S34.通過所述超混沌序列K得到索引序列,并用得到的索引序列對所述序列B執行位級置亂，得到序列B0；

S35.根據DNA編碼規則將所述序列B0編碼為DNA序列D；

S36.生成MASK圖像序列M并根據所述DNA編碼規則將其編碼為DNA序列D1；

S37.對所述序列D執行DNA級置亂，得到置亂后的DNA序列D0，根據DNA運算規則對所述序列D0和所述序列D1中的第i個核酸堿基進行運算加密，得到DNA序列D2；

S38.根據所述DNA編碼規則對所述序列D2中的第i個核酸堿基進行DNA解碼，得到二進制位序列B2。

3.根據權利要求2所述的一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法，其特征在于，所述步驟S31的具體實施方法為：從所述超混沌序列K中提取前L項作為一個子序列并按升序排序，獲取原始數據在排序后序列中的位置，即索引序列i1x，x＝1、2、…L，并根據索引序列i1x對像素信息進行置亂，即得到置亂后的像素信息序列P0。

4.根據權利要求2所述的一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法，其特征在于，所述步驟S34的具體實施方法為：從所述超混沌序列K中提取相鄰的8L項作為一個子序列并按升序排序，獲取原始數據在排序后序列中的位置，即索引序列i2x，x＝1、2、…L…8L，并根據索引序列i2x對位級信息進行置亂，即得到置亂后的位級信息序列B0。

5.根據權利要求2所述的一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法，其特征在于：所述DNA編碼規則包括8種編碼子規則，分別為規則1、2、3、4、5、6、7、8，待編碼序列對應的編碼子規則按照公式Rule＝mod(Si,8)+1計算確定，其中，Si是按照所述映射算法得到的序列，mod是取模運算符，其運算結果是“Rule”，根據“Rule”的值選擇對應的編碼子規則；

所述DNA運算規則包括加法運算規則、減法運算規則及異或運算規則，所述DNA運算規則通過公式Op＝mod(Si,3)+1計算確定，其中，Si是按照所述映射算法得到的序列，mod是取模運算符，當Op的值為1、2、3時，分別表示DNA加法、減法、異或運算；

所述映射算法為：其中ki和Si分別是映射前后的值，mod是取模運算符，|·|是絕對值運算符，是向下取整運算符。