[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

本發明公開了一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法，本發明首先通過超混沌系統得到超混沌序列K，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，然后將原始圖像像素信息轉化為一維向量序列P，通過超混沌序列K產生的索引序列對序列P執行像素級、位級及DNA級置亂，通過映射序列對像素序列執行異或運算，經過二進制位轉換、DNA編碼及DNA堿基運算對原始圖像進行加密得到加密后的DNA序列，將其轉化為二進制位序列B2，最后將序列B2轉換為加密圖像；本發明在像素級、位級和DNA級分別對圖像進行置亂、加密，密鑰敏感性高，有效提高了圖像的加密效果，能有效抵御統計性分析和窮舉分析等攻擊操作，安全性高。

技術領域

本發明涉及數字圖像加密技術領域，尤其涉及一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法。

背景技術

隨著信息技術的發展，作為一種重要的媒介，圖像通過互聯網廣泛傳播，如何防止圖像被非法傳播是近年來的研究熱點之一，因為圖像具有容量大、相關性強和冗余性高等特點，傳統的加密方法，比如高級數據加密標準(ADES)、國際數據加密算法(IDEA)等，往往都不能直接應用于圖像加密。

混沌系統具有一些天然的特點：偽隨機性、對初始值及參數的極度敏感性、遍歷性和不可預測性，這些特點為圖像加密提供了有利條件，已有大量采用混沌系統來進行圖像加密的成果；圖像加密的操作一般分成兩種：擴散和置亂，前者主要改變圖像中像素內容，后者主要改變圖像中像素的位置，已有的成果存在一些缺點，比如說，采用的混沌系統的維度低或者參數少，抗破解能力低；加密操作只在像素級進行，未充分利用更低級別數據的信息；擴散操作與置亂操作獨立進行，未將兩者有機結合起來，單一的混沌映射構成的加密算法無法保證所加密的圖像具有較高安全性。

DNA是生物體內遺傳信息儲存的重要載體，在生物體遺傳代謝中發揮重要作用，由于其具有超大規模并行性、超高的存儲密度、超低的能耗以及獨特的分子結構與分子間識別機制決定了其突出的信息存儲及信息處理能力，DNA分子在信息加密、隱藏、認證等信息安全技術領域具有巨大的發展潛力，為現代密碼學的發展提供了一個新途徑。

為了提高圖像加密的效果，本算法采用一種超混沌系統和DNA計算方法，在像素級、位級和DNA級分別對圖像進行置亂、加密，達到了理想的圖像加密效果。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法。

具體的，一種基于超混沌系統和多級置亂的圖像加密方法，包括以下步驟：

S1.通過超混沌系統得到超混沌序列K；

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。

進一步的，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令系統處于超混沌狀態下，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S^j＝{x^j，y^j，z^j，ω^j}進行合并并對其進行N次迭代，得到超混沌序列

進一步的，所述步驟S3的具體實施方法為：