[发明专利]基于DNA序列运算和变形耦合映像格子的双彩色图像的加密方法

说明书

本发明公开一种基于DNA序列和变形耦合映像格子的双彩色图像加密方法，包含：利用密钥和两幅彩色明文图像，产生迭代变形耦合映像格子的参数和初始值，通过迭代，产生密钥流L₁、L₂、K₁、K₂和随机数d₁、d₂、d₃；分离明文图像的红、绿、蓝三基色分量，转换成二进制矩阵，将六个二进制矩阵进行重组得到重组矩阵A、B，利用密钥流L₁、L₂对矩阵A、B进行位级置乱，并分割成六个二进制矩阵；利用DNA编码规则并结合随机数d₁、d₂、d₃，将二进制矩阵转换成DNA矩阵，执行DNA加、减和异或运算；利用DNA解码规则将DNA矩阵转换为十进制矩阵，利用密钥流K₁、K₂和按位异或运算，改变图像像素的值，得到密文图像C₁、C₂。本发明可同时加密两幅明文图像，具有安全性高、加密效果好、信息无损失、加密速度快等优点。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，特别涉及一种基于DNA序列运算和变形耦合映像格子的双彩色图像的加密方法，针对两个彩色图像利用DNA编码技术、位级变换和时空混沌实现数字加密。

背景技术

数字图像因其特有的直观、形象、信息量丰富等特点而倍受青睐，人们将大量的数字图像保存在磁盘上以及在网络上传播，随之而来的非法复制、伪造、篡改、非法访问等图像安全问题日益突出。为此，如何保护数字图像的安全成为信息安全领域的一个重要研究课题。另一方面，由于数字图像具有数据量大、相邻像素相关性强等特点，传统的加密算法如DES、AES、RSA等用于图像加密时，普遍存在着加密效率低、安全性弱等问题。

近年来，基于混沌理论的数字图像加密技术引起了人们的广泛关注和深入研究。研究发现，混沌系统本身具有的优良特性如遍历性、随机性、无序性以及对初始条件敏感性等特点非常适合用于信息加密，这些性质在置乱和扩散中非常重要。国内外学者提出了许多基于混沌的数字图像加密算法。这些算法大致可划分为两类：基于简单混沌系统(一维或二维混沌映射)的数字图像加密算法、基于高维混沌系统的数字图像加密算法。前者虽然算法简单、易于实现、加解密速度快，但存在着安全方面的缺陷；后者虽然提高了算法的安全性，但存在计算量大、加解密速度慢、难于硬件实现等问题。并且这两大类算法每次只能加密一副明文图像。DNA计算由于其海量存储能力、高度并行性、超大规模计算能力、极低能耗等优点引起了人们的广泛兴趣，基于DNA序列的数字图像加密已成为密码研究的一个新的方向。现有的基于DNA编码的数字图像加密方法主要针对单个灰度图像。多幅彩色图像比单个灰度图像包含的信息量更丰富，数据格式和表示更为复杂。因此，针对单个灰度图像的加密方法并不能直接推广应用于多幅彩色图像的加密。此外，这些算法还存在着安全性弱、感知退化、信息丢失等问题。在一些特殊应用行业，如医学、生物基因、军事等，严格要求加、解密图像必须完全相同。因此，有必要研究基于DNA编码的多幅彩色图像无损加密方法。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于DNA序列运算和变形耦合映像格子的双彩色图像的加密方法，结合混沌密码学理论、DNA计算和图像处理的相关技术，能够有效抵抗统计攻击、已知和选择明文攻击、选择密文攻击等，加密效果好，安全性高。

按照本发明所提供的设计方案，一种基于DNA序列运算和变形耦合映像格子的双彩色图像的加密方法，包含如下内容：

步骤a)、分别对输入的两幅彩色明文图像进行红、绿、蓝三基色分量进行分离，得到分离矩阵；并结合密钥，产生时空混沌系统中变形耦合映像格子的参数和初始值，通过迭代，产生密钥流L₁、L₂、K₁、K₂和随机数d₁、d₂、d₃；