[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

说明书

本发明涉及一种基于像素和DNA交叉动态混沌密码的图像加密方法和装置，方法包括以下处理：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进行第一混沌编码，得到第一中间图像；第一中间图像的行和列分别排序，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；将第二中间图像的每一像素转化为4碱基DNA序列，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编码规则对第二中间图像的每一DNA序列进行互补DNA编码，得到第三中间图像，然后对第三中间图像进行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进行相邻DNA编码，得到最终的密文图像。

技术领域

本发明涉及一种基于像素和DNA交叉动态混沌密码的图像加密方法和装置。

背景技术

近年来，随着计算机技术和网络技术的飞速发展，通信方式发生了巨大的变化。多媒体通信逐渐成为人们交换信息的重要手段。由于网络的开放性和共享性，对多媒体通信造成了巨大的潜在威胁。因此，图像的安全性和保密性也越来越重要。该图像具有相邻像素之间高相关性和冗余性的特点，这使得传统的加密方法(如DES，IDEA等)不再通用。

鉴于传统方法的局限性，混沌作为一门新兴的学科人才脱颖而出。混沌是非线性科学中一种确定性但不可预测的运动状态。混沌具有初始条件敏感性、伪随机性、遍历性等特点。因此，混沌与密码学密切相关。与传统的加密方法相比，基于混沌理论的图像加密方法在安全性、复杂性、速度等方面更具优势，近年来逐渐成为研究热点。

典型的混沌密码系统两分为两个阶段，即置乱和扩散。置乱是指改变图像像素的位置，而扩散就是改变像素值的大小。置乱与扩散相结合可以提高加密系统的安全性。但是，它还有一些缺点。一些加密系统按照这种方式已经被破解。主要原因是在设计方法时，没有充分考虑混沌动力学性能。为了克服这些缺点，基于耦合映象格子的时空混沌系统已应用于混沌密码学。CML具有更好的混沌动力学特征，包括更多的参数，更大的密钥空间，更长的周期等等。但是基于耦合格的一些加密方法与明文图像没有关联。输出密文图像只依赖于密钥，这已被证明是不安全的，不能抵抗所选择的明文/密文攻击。

近几年来已经提出了一些基于DNA序列的密码方法。DNA分子具有平行性和信息密度大的特点。一些研究发现，DNA技术可以提高密码系统的安全性，有效地抵御选择明文攻击。然而，由于计算机的精度有限，且低维混沌映射具有周期性。一些基于DNA技术的密码系统也被破解。研究人员发现如果该方法使用二进制编码，编码效率较低；如果密钥仅由混沌系统控制，则很容易被破解，同时如果加密系统仅基于没有扩散的置乱，则密文与明文不相关。虽有研究人员破解了一种基于DNA技术的加密系统，但他们发现只有一部分已知明文/密文可以用来重建等价密钥，密文图像不能抵抗差分攻击。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于混沌密码系统的图像加密方法，具有足够大的密钥空间可以抵抗强力攻击，具有极高的安全性。

本发明的技术方案为：

一种基于混沌密码系统的图像加密方法，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、列索引矩为密钥D；