[发明专利]基于像素和DNA交叉动态混沌密码的图像加密方法和装置

权利要求书

1.一种基于混沌密码系统的图像加密方法，其特征在于，包括以下处理：

对明文图像的像素进行排序，获得第一索引矩阵，按照第一索引矩阵对明文图像的所有像素进行第一混沌编码，得到第一中间图像，所述第一混沌编码具有密钥A和密钥B，第一索引矩阵为密钥C；

将第一中间图像转化为M×N维矩阵，对M×N维矩阵的行和列分别排序，求得行索引矩阵和列索引矩阵，按照行、列索引矩阵对第一中间图像进行置乱，得到第二中间图像；所述行、列索引矩阵为密钥D；

将第二中间图像的每一像素转化为4碱基DNA序列，然后将第二中间图像转化为M×(N×4)维矩阵，根据第二混沌编码选择满足Watson-Crick补码规则的8种DNA编码规则，采用上述8种DNA编码规则对M×(N×4)维矩阵中的每一DNA序列进行互补DNA编码，得到第三中间图像，所述第二混沌编码具有密钥E和密钥F，互补DNA编码具有密钥G；

然后对第三中间图像按照密钥H和密钥I，进行DNA减法、加法和异或操作，得到第四中间图像；

对所述第四中间图像按照密钥J进行相邻DNA编码，得到最终的密文图像；

按照第一索引矩阵对明文图像的所有像素进行第一混沌编码，得到第一中间图像包括：

所述第一混沌编码采用混沌密码系统，混沌密码系统采用logistic映射，设定混沌密码系统的第一初始值和第一控制参数，采用混沌密码系统第一初始值和第一控制参数迭代混沌密码系统，生成第一系统序列；所述混沌密码系统的第一初始值和第一控制参数为密钥A；

设定logistic映射的第一初始值和第一控制参数；采用logistic映射的第一初始值和第一控制参数迭代logistic映射，生成第一映射序列，将所述第一映射序列作为状态变量代入第一系统序列中，对所述第一系统序列与明文图像的所有像素进行异或操作，得到第一中间图像；所述logistic映射的第一初始值和第一控制参数为密钥B；

所述根据第二混沌编码选择满足Watson-Crick补码规则的8种DNA编码规则，采用上述8种DNA编码规则对M×(N×4)维矩阵中的每一DNA序列进行互补DNA编码包括：

所述第二混沌编码采用混沌密码系统，混沌密码系统采用logistic映射，设定混沌密码系统的第二初始值和第二控制参数，采用混沌密码系统第二初始值和第二控制参数迭代混沌密码系统，生成第二系统序列，根据所述第二混沌编码随机在所有可能的DNA编码规则中选择8种DNA编码规则；所述混沌密码系统的第二初始值和第二控制参数为密钥E；

设定logistic映射的第二初始值和第二控制参数，将所述logistic映射的第二初始值和第二控制参数输入logistic映射，迭代logistic映射，生成第二映射序列；所述logistic映射的第二初始值和第二控制参数为密钥F；

计算M×(N×4)维矩阵中行和行之间的汉明距离距离、列与列之间的汉明距离距离，利用循环移位函数对所述第二映射序列与行和行之间的汉明距离距离、列与列之间的汉明距离距离进行操作，完成DNA扰码的添加；

设定logistic映射的第三初始值和第三控制参数，将所述logistic映射的第三初始值和第三控制参数输入logistic映射，迭代logistic映射，生成第三映射序列；所述logistic映射的第三初始值和第三控制参数为密钥G；

根据所述第三映射序列选择使用DNA互补规则和DNA序列中每个碱基的迭代次数，对每一DNA序列进行互补编码；

所述对第三中间图像的每一DNA序列进行DNA减法、加法和异或操作，得到第四中间图像包括：

按照设定的第一DNA解码规则对第三中间图像进行解码，得到一个2位二进制序列，将此2位二进制序列进行排序，得到第三索引矩阵，按照所述第三索引矩阵将上述2位二进制序列转化为十进制值，每个十进制值均对应一种DNA操作，按照给定十进制值的对应DNA操作对所述第三中间图像的每一DNA序列进行DNA减法、加法和异或操作，得到第四中间图像；所述第一DNA解码规则为密钥H，第三索引矩阵为密钥I；

对所述第四中间图像进行相邻DNA编码，得到最终的密文图像包括：

首先将所述第四中间图像转化为M×N维矩阵，然后对所述M×N维矩阵中的相邻DNA序列进行异或操作，按照设定的第二DNA解码规则对相邻两DNA序列异或操作的结果进行解码，得到一个二进制序列，将所述二进制序列与第一中间图像进行异或操作，然后再将所述异或操作的结果转化为十进制值，得到最终的密文图像；所述第二DNA解码规则为密钥J。