[發明專利]一種基于超混沌系統以及DNA序列的彩色圖像分塊加密算法

在審

• 申請號: 201911099784.7
• 申請日: 2019-11-12
• 公開（公告）號: CN110879895A
• 公開（公告）日: 2020-03-13
• 發明（設計）人: 羅婧
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06T7/136;G06F17/16
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于超混沌系統以及DNA序列的彩色圖像分塊加密算法，利用超混沌系統以及DNA序列的彩色圖像分塊加密算法，優勢在于產生隨機矩陣時的初值來源于明文圖像的哈希值，實現了一次一密。同時，加密圖像不再是整張圖像，而是一個個圖像塊。每個子塊的DNA編碼方式以及相互之間的DNA運算是偽隨機的，由混沌系統動態決定。這樣，一個明文圖像包含多種編碼方式和運算方式，密鑰空間更大，加密效果更好，安全性更高。仿真結果為加密后的直方圖分布均勻；密鑰空間至少為10⁸⁰；加密后的信息熵為7.999；在敏感性分析中NPCR＝99.6012％，UACI＝33.5786％，接近于理想狀態。因此可以抵抗多種攻擊。

技術領域

本發明涉及圖像加密領域，具體是一種基于超混沌系統以及DNA序列的彩色圖像分塊加密算法。

背景技術

隨著大數據與云計算技術的不斷發展，信息安全問題日益突出。其中，數字圖像信息的安全存儲與傳輸引起了人們的關注。數字圖像因其數據量大，相關性強，冗余度高等特點而有別于文本信息，所以使用傳統的加密方式不能對數字圖像信息有效加密。

為解決這個問題，學者們提出了許多針對數字圖像加密的算法，其中包括把混沌系統和 DNA序列應用于圖像加密。混沌系統具有偽隨機性以及初值敏感性，因此適合用作圖像加密。而Adleman在1994年首次提出DNA計算之后，基于DNA編碼及運算為圖像加密提供了新思路。

為此，提出了一種基于超混沌系統以及DNA序列的彩色圖像分塊加密算法，該算法生成隨機矩陣的初值由明文圖像的哈希值決定，達到了一次一密。同時加密圖像不再是整張圖像，而是一個個圖像塊。每個圖像塊的DNA編碼方式以及相互之間的DNA運算是偽隨機的，由混沌系統動態決定。這樣，一個明文圖像包含多種編碼方式和運算方式，密鑰空間更大，加密效果更好，安全性更高。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于超混沌系統以及DNA序列的彩色圖像分塊加密算法，解決圖像加密過程中的安全性較低以及明文敏感性較低等問題。

本發明實現發明目的采用如下技術方案：

(1)讀入大小為M×N×3的彩色圖片，為提高算法的適用性，填充圖像使其滿足：mod(M,t)＝0，mod(N,t)＝0；同時，通過R、G、B三通道轉化為3個二維灰度矩陣I₁,I₂,I₃。

(2)設定初值和參數，通過L-L級聯系統得到長度為M×N+1000的一維序列{q_i}，為獲得更好的隨機性，去除前1000項元素，得到子序列{q_i}(i＝1001,1002，…，M×N+1000)，其中初值由明文圖像的哈希函數(SHA-256)生成。

(3)通過q_i＝mod(ceil(q_i×10³)，256)，使得序列{q_i}中的所有元素處于[0,255]內，并將序列轉化為M×N的二維隨機矩陣Q。

(4)把明文圖像和隨機矩陣均勻分成大小為t×t的小塊。

(5)設定2對初值及系統參數，利用二維logistic系統以及二維Henon系統得到4個混沌系列{x_i},{y_i},{z_i}和{h_i}。4個初值x(0),y(0),z(0),h(0)的生成方式如下：

x(0)＝sum(sum(bitand(I₁,17)))/(17×M×N) (1)

y(0)＝sum(sum(bitand(I₂,34)))/(34×M×N) (2)