一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109918923A(43)申请公布日2019.06.21(21)申请号201910075280.5(22)申请日2019.01.25(71)申请人哈尔滨理工大学地址150080黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号(72)发明人康守强吴晨晨王玉静谢金宝王庆岩梁欣涛(74)专利代理机构哈尔滨市松花江专利商标事务所23109代理人杨立超(51)Int.Cl.G06F21/60(2013.01)G06T9/00(2006.01)权利要求书5页说明书20页附图5页(54)发明名称一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法(57)摘要一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，涉及数字图像加密领域，针对现有图像混沌加密方案存在不足以及高维连续时间混沌系统离散过程算法复杂，以致加密图像安全性低、获取离散混沌序列耗时的问题而提出的。利用六维离散超混沌系统产生六组混沌序列，由哈希函数SHA-256产生系统迭代初始值；提取彩色图像的RGB分量，对各分量作DNA编码分别得到DNA矩阵并合并，构建重组DNA矩阵，同时执行行列置乱操作；然后，将置乱DNA矩阵拆分成三个大小相同的矩阵，分别与DNA编码后的三个混沌密钥矩阵作DNA计算，再对得到的矩阵执行DNA解码操作；对解码矩阵执行扩散加密操作，加密轮数由SHA-256决定。加密效果好，安全性高。CN109918923ACN109918923A权利要求书1/5页1.一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，其特征在于，所述方法的实现过程为：首先利用六维离散超混沌系统产生六组混沌序列，由哈希函数SHA-256产生所述系统迭代初始值；通过混沌序列确定DNA编码规则、DNA计算规则；通过所述哈希函数SHA-256确定加密轮数；其次，提取彩色图像的RGB彩色分量，对各分量作DNA编码分别得到DNA矩阵并合并，构建重组DNA矩阵，同时执行行列置乱操作；然后，将置乱的重组DNA矩阵拆分成三个大小相同的矩阵，分别与经DNA编码后的三个混沌密钥矩阵进行DNA计算，再对得到的三个矩阵执行DNA解码操作得到解码矩阵；对图像完成基于DNA编码的加密；最后，对解码矩阵执行扩散加密操作，在基于DNA编码加密的基础上进行基于混沌序列的扩散加密。2.根据权利要求1所述的一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，其特征在于，所述六维离散超混沌系统的表示式如式(1)所示：x(n+1)＝0.28x(n)+0.18y(n)-0.12z(n)+0.48p(n)-0.02q(n)-0.42w+mod(c6p(n),d6)y(n+1)＝0.12x(n)+0.52y(n)-0.18z(n)+0.42p(n)-0.08q(n)-0.48w+mod(c1x(n),d1)z(n+1)＝0.10x(n)+0.40y(n)+0.00z(n)+0.30p(n)+0.00q(n)-0.40w+mod(c2y(n),d2)q(n+1)＝-0.02x(n)+0.28y(n)+0.18z(n)+0.48p(n)-0.12q(n)-0.52w+mod(c3z(n),d3)w(n+1)＝-0.08x(n)+0.22y(n)-0.28z(n)+0.32p(n)+0.32q(n)-0.28w+mod(c4q(n),d4)p(n+1)＝0.00x(n)+0.30y(n)-0.20z(n)+0.40p(n)-0.20q(n)-0.00w+mod(c5w(n),d5)(1)777式中：mod(·,·)是系统反馈控制器，其中c1＝2.3×10，c2＝3.2×10，c3＝5.0×10，7771920212223c4＝4.0×10，c5＝6.0×10，c6＝2.3×10；d1＝2，d2＝2，d3＝2，d4＝2，d5＝2，d6＝242；式(1)所述系统的六个李氏指数分别为：LE1＝17.3878，LE2＝17.3877，LE3＝17.3876，LE4＝17.3875，LE5＝17.3872，LE6＝17.3871，六个指数均为正值，满足超混沌系统的条件。3.根据权利要求1或2所述的一种基于DNA编码的多通道彩色图像混沌加密方法，其特征在于，在步骤一中，一、利用六维离散超混沌系统产生六组混沌序列以及通过所述哈希函数SHA-256确定加密轮数的过程为：(1)使用哈希函数SHA-256将明文图像和初始密钥进行关联，具体流程：设输入的彩色明文图像大小为M*N，提取明文图像的R、G和B彩色分量，得到三个大小为M*N的图像矩阵；将图像矩阵分别转化成长度为MN的一维向量Rin、Gin和Bin；利用三个一维向量计算向量Vin，具体如式(2)所示：Vin＝mod(Rin+Gin+Bin,256)⊕((Rin⊕Gi