[发明专利]基于DNA编码和混沌的多图像加密方法

说明书

一种基于DNA编码和混沌的多图像加密方法，属于信息加密领域。大数据时代产生的海量数字图像，既要保证图像内容的安全性，又要有较高的加密效率。多图像加密作为一种新的多媒体安全技术，具有高效的特征。目前的一些多图像加密方法加密效率低，安全性弱，解密图像存在明显失真，难以令人满意。本发明将多幅原始图像编码成对应的DNA序列矩阵。利用混沌序列置乱DNA序列矩阵，并对置乱结果进行DNA序列的扩散操作。通过DNA解码操作得到加密图像。主要创新内容为：提出了一种基于DNA编码和混沌的多图像加密方法。实验结果表明：该方法具有优秀的加密效果且安全性高，适用于实际的图像加密应用中。

技术领域

本发明涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种多图像加密方法。

背景技术

在诸多领域，每天都产生海量的数字图像，如军事侦探，自然灾害监控，交通监控，天气预报，电子政务，以及个人事务等。同时，近年，各种拍摄设备的大量涌现也加速了大数据时代的到来。例如：一台普通的单反相机每秒钟能拍摄3 到5 张图像，一个交通摄像头每天能采集成千张图像。在大数据时代，数字图像经常携带许多秘密信息。随着计算机和互联网的飞速发展，多媒体安全，特别是图像安全已成为学术界和工业界的重要挑战之一。

为确保图像的安全传输，研究者提出了许多种单幅图像加密方法。目前，主要的单幅图像加密方法包括：基于现代密码体制的图像加密方法，基于矩阵变换的图像加密方法，基于混沌的图像加密方法，基于变换域的图像加密方法和基于DNA 计算的图像加密方法。

在大数据时代，尽管多幅图像可通过重复多次执行单幅图像加密方法来完成，但是加密效率往往难以令人满意。多图像加密（Multiple-image encryption，MIE）作为一种新的多媒体安全技术，具有高效的特征，逐渐引起人们的关注。研究者们提出了一些基于光学信息处理系统的多图像加密方法。这些方法大多是基于小波变换或傅里叶变换而设计，在频域中实现对多图像的加密，并常常与图像压缩技术结合。因此，解密图像往往存在一些明显的失真。同时，这些方法要求图像数据在空间域和变换域之间来回变换。从而使得这些方法的加密效率也难以令人满意。在基于数字信息处理手段方面，研究者们也提出了一些多图像加密方法，但它们加密效率低或安全性弱，难以令人满意。为提高多图像加密方法的安全性和保证数字图像的安全传输，设计了一种基于DNA编码和混沌的多图像加密方法。

发明内容

本发明的目的：针对现有多图像加密方法存在加密效率低、解密图像失真或安全性弱的问题。提出一种基于DNA编码和混沌的多图像加密方法。

本发明的技术方案：为实现上述发明目的，采用的技术方案为基于DNA编码和混沌系统的多图像加密方法，包括如下步骤：

步骤1：令k幅m×n大小的交互图像为I₁, I₂, …, I_k，计算二维Logistic映射的初始值x₀、y₀和分段线性混沌映射（Piecewise Linear Chaotic Map，PWLCM）的初始值z₀和控制参数p；

步骤2：利用x₀、y₀、z₀、p、二维Logistic和PWLCM映射，产生三个混沌序列X_4mn={Xt}、Y_4mn={ Yt}和Z_mn={Zt}；

步骤3：对I₁, I₂, ..., I_k进行DNA编码，得DNA序列矩阵为I₁₁, I₂₁, …, I_k1，编码规则如下：

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