[发明专利]基于DNA序列与多混沌映射的数字图像加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及DNA计算领域和数字图像加密的领域，特别涉及一种数字图像 加密方法，主要是利用DNA序列的编码特性结合多混沌映射来实现数字图像的 加密。

背景技术

在当今社会，计算机网络改变了人们的通信方式，人们可以通过网络便捷 地传输各种多媒体信息。由于网络的开放性，多媒体信息安全与保密越来越引 起人们的重视。数字图像是多媒体通信中的重要信息载体，因而如何保护图像信 息成为了普遍关注的问题。

由于混沌具有类随机、初值敏感性以及难以预测等特性，成为研究者们关 注的焦点。根据置乱的对象来分，基于混沌的图像加密方法可以分为两类：像 素位置置乱和像素值置乱。像素位置置乱的特点是加密效率高，效果好，但算 法的安全性不高，难以抵抗统计攻击；像素值置乱的特点是算法安全性高，但 加密效果不好，效率低。此外，传统的基于混沌的像素值的加密算法均是用单 一混沌映射产生的混沌序列直接与像素的灰度值叠加来实现图像的加密。大量 文献指出，利用单一混沌映射实现的图像加密算法有安全性较低，混沌序列易 破译以及密钥空间小等缺点。

DNA加密系统是近年来伴随着DNA计算的研究而出现的密码学新领域，其 特点是以DNA为信息载体，以现代生物技术为实现工具，挖掘DNA固有的高存 储密度和高并行性等优点，实现加密、解密等密码学功能。已有的基于DNA加 密的算法大多要用生物实验进行操作，由于生物实验设备昂贵，实验环境难以 控制，实验灵敏性高等缺点，目前基于DNA加密的研究还是理论多于实践。

发明内容

为了克服上述加密方案的缺点，本发明提出一种基于DNA序列和多混沌映射 的数字图像加密方法，摆脱了DNA加密中的复杂生物操作，单纯的利用DNA编码 的特性并结合多混沌序列来同时实现像素位置和像素置的置乱，并提高数字图 像加密算法的效果以及安全性。本算法对图像的加密效果较好，密钥空间大，对 密钥的敏感性强，能够有效地抵抗穷举攻击以及统计攻击。

本发明的技术方案是：该算法首先通过Cubic映射和小波函数产生的混沌 序列置乱图像的像素位置，然后利用DNA序列的编码、取补、解码等规则结合由 Logistic映射产生的混沌序列来扰乱图像的像素值。

附图1所示为本发明算法流程图，其具体包括以下技术环节：

1.混沌序列的产生

本发明算法中，用Cubic映射、小波函数映射和Logistic映射来实现图像 加密。其中Cubic映射和Logistic映射的特性是学者们众所周知的。这里我们 着重介绍一下小波函数的特性。

(1)Cubic映射

Cubic映射定义如下：

xn-1=μxn3+(1-μ)xn---(1)]]>

其中x_n∈[-1，1]，n＝0，1，2，…，当μ∈[3.2，4]时，产生混沌序列。

(2)小波函数映射

小波函数在一定的条件下迭代也能够产生混沌现象。在一个一维小波函数 构成的迭代公式(2)中：