[发明专利]一种基于新4维超混沌和DNA随机编码计算的彩色图像加密方法

权利要求书

1.一种基于新4维超混沌和DNA随机编码计算的彩色图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将大小为M×N×3的彩色图像P分解为3个大小为M×N的R通道分量、G通道分量、B通道分量，然后将这3个通道分量按列展开成一维向量R1、G1与B1，再将这三个向量分别展开成行是M×N，列是8的二进制向量R2、G2与B2，进一步生成融合矩阵Q＝[R2 G2 B2]；

第二步，使用SHA-512计算彩色明文图像生成512bit哈希值，将其转换成128bit的十进制生成K＝{k₁,k₂,…,k₁₂₈}，然后对其分组计算生成新4维超混沌系统的初始值y1、y2、y3、y4，以及控制迭代系统次数的参数r1和r2，给定混沌系统的参数值和初始值，迭代混沌系统r1+r2+100次，跳过混沌系统的过渡态，继续迭代混沌系统M×N次，生成四个伪随机序列，然后计算R通道分量矩阵的前四分之一的像素总和为Sp1、R通道分量矩阵的最后四分之一的像素总和为Sp2以及R通道分量矩阵的全部像素总和Sup，参与选择DNA随机编码规则的伪随机序列X的计算修正，以及选择DNA随机计算方式的伪随机序列U和伪随机矩阵W的计算修正；

其中，设计使用的新4维超混沌系统的方程为：

其中，y1，y2，y3和y4为系统的状态变量，a11，a12，a13，a14，a21，a22，a23，a24，a31，a32，a33，a34，a41，a42，a43，a44，以及β和γ为系统的控制参数，在a11＝-0.5，a12＝-4.6，a13＝5.1，a14＝1，a21＝4.8，a22＝-3.5，a23＝0.5，a24＝1，a31＝-5.1，a32＝-0.1，a33＝3，a34＝1，a41＝-2，a42＝2，a43-3，a44＝-0.05，β＝[4,18]，γ＝[1,16]时，系统表现为超混沌状态；

第三步，将伪随机矩阵W转换成二进制生成矩阵W1，将图像融合矩阵Q的每一行按照序列X对应行的值选择DNA编码规则，从而进行DNA随机编码生成矩阵Q1，同理，矩阵W1的每一行按照序列X对应行的值选择DNA编码规则，从而DNA随机编码生成矩阵W2，将矩阵Q1与W2的行值按照序列U的行值选择DNA随机计算的方式，从而进行DNA随机计算生成矩阵Q2；

第四步，计算矩阵Q2中”A”的总个数、”C”的总个数、”G”的总个数、”T”的总个数，将其参与DNA级明文相关置乱的伪随机序列V和T的计算修正，以及参与选择DNA随机解码规则的伪随机序列L的计算修正，然后根据伪随机序列V和T对矩阵Q2进行列和行的明文相关的置乱后生成矩阵Q4；

第五步，将矩阵Q4的行值按照序列L对应的行值选择DNA解码规则，进行DNA随机解码生成矩阵Q5，将Q5转换成十进制，并进行分解生成M×N的一维向量R3、G3和B3，将3个向量分别重塑M×N的矩阵后，融合成M×N×3的最终的密文图像。