[发明专利]基于混沌和DNA的明文关联图像加密方法

权利要求书

1.基于混沌和DNA的明文关联图像加密方法，其特征在于，不同的明文图像对应不同的密码流，实现明文关联，具体包括以下步骤：

S1、待加密的原始明文图像P的大小为M*N，利用四维超混沌洛伦兹系统生成四个与明文图像大小相同的混沌伪随机序列，分别记为x_n，y_n，z_n，w_n；

S2、将x_n和y_n进行取模运算得到X和Y两个整数型序列，其中序列X用来控制DNA编码规则，序列Y用于扩散阶段的DNA异或操作；

S3、将原始明文图像P转换为长度为M*N的一维数组P1，用DNA编码序列X对P1和序列Y进行DNA编码，得到两个DNA序列DNA_P1和DNA_Y；

S4、计算明文的DNA编码相关值PPDC；

S5、通过明文DNA编码的相关值PPDC和混沌序列Zn、Wn计算生成用于行列置乱的序列Z和W；

S6、图像像素位置置乱操作；

S7、将置乱后的矩阵转换成长度为4*M*N大小的一维数组NEW_P，然后与DNA_Y进行异或操作，实现扩散过程；

S8、将实现扩散操作后的DNA序列按照X序列对应的规则进行DNA解码，转换为十进制像素值表示的M*N大小的矩阵，即为得到密文图像C；

所述步骤S4计算明文的DNA编码相关值PPDC的具体过程如下：

S4-1、计算DNA_P1中腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C、鸟嘌呤G的个数，分别记为num_A，num_T，num_C，num_G；

S4-2、对得到num_A，num_T，num_C，num_G进行取模运算得到num1，num2，num3，num4；

S4-3、将取模运算得到的num1，num2，num3，num4相乘，PPDC＝num1×num2×num3×num4；,得到明文DNA编码的相关值PPDC；

所述步骤S4-2中，将明文DNA编码后的腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C、鸟嘌呤G的个数num_A，num_T，num_C，num_G进行取模运算的具体操作如下式，得到num1，num2，num3，num4：

num1＝mod(num_A×10¹⁵/(M×N×4),32768)；

num2＝mod(num_T×10¹⁵/(M×N×4),32768)；

num3＝mod(num_C×10¹⁵/(M×N×4),32768)；

num4＝mod(num_G×10¹⁵/(M×N×4),32768)。

2.根据权利要求1所述的基于混沌和DNA的明文关联图像加密方法，其特征在于，所述S1中使用的四维超混沌洛伦兹系统的数学模型如下：

当参数a＝10，b＝8/3，c＝28，-1.52≤r≤-0.06时，系统处于超混沌状态；当r＝-1时，得到的四个李雅普诺夫指数分别为λ1＝0.3381，λ2＝0.1586，λ3＝0，λ4＝-15.1752，混沌系统具有两个正的李雅普诺夫指数，表明非线性系统处于超混沌状态；

由于超混沌洛伦兹系统的状态值是浮点数，不能直接应用于图像加密算法，因此将混沌状态值x_i转换为整数型d_i：

d_i＝floor(x_i×10^m)modN；

其中，floor函数为取整函数，mod为取模运算，m、N均为正整数。