[发明专利]基于压缩感知和RNA编码的图像加密方法

说明书

本发明涉及基于压缩感知和RNA编码的图像加密方法，包括压缩采样、利用改进的分形排序矩阵置乱、利用RNA编码进行扩散三个步骤，本发明提供的图像加密方法，解决现有的一些图像加密方法中存在的安全性不高、重建质量差的问题，提高了图像的安全性和重构质量，使得图像具有较好的抵抗攻击的能力和较好压缩性能。

技术领域

本发明属于图像加密技术领域，具体涉及基于压缩感知和RNA编码的图像加密方法。

背景技术

随着信息化时代的到来，信息在网络上的传播变得越来越频繁。与此同时，信息在传输过程中泄露的风险也大大增加。所以信息的保护变得越来越重要。图像作为传输信息的一种方式，图像信息的保护也变得越来越重要，图像加密作为保护数字图像安全的一种有效方法开始成为人们的重点研究方向。但是由于数字图像具有高冗余、体积大和强相邻像素相关性等特点，所以传统的加密方案如数据加密标准(DES)、高级加密标准(AES)并不适用于图像的加密。因此，如何设计出一个优良的图像加密算法成为了人们关注的热点。因为混沌系统具有对初始值非常敏感、不可预测性、内随机性等特点，所以混沌系统十分适用于图像加密。压缩感知技术自从2004年被提出之后，利用压缩感知来加密图像已经成为研究的热点。随着多学科的交叉融合发展，DNA和RNA计算因其具有可并行计算，存储容量大，低功耗等特点，也受到人们的广泛关注。

目前常用的图像加密算法，如Yang等人(Yuguang Yang,Bowen Guan,JianLi.Image compression encryption scheme based on fractional order hyperchaoticsystems combined with 2D compressed sensing and DNA encoding.Optics and LaserTechnology,119(2019):105661)是利用由混沌序列生成的测量矩阵对图像进行二维压缩测量，接着再利用混沌序列对图像进行位级的置乱，最后再进行DNA计算完成加密；但是该算法的整个过程与明文图像无关，所以无法抵抗选择明文攻击与已知明文攻击，安全性不高。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中所提出的问题，而提供基于压缩感知和RNA编码的图像加密方法，提高图像的安全性和重构质量，使得图像具有较好的抵抗攻击的能力和较好压缩性能。

本发明的目的是这样实现的：

基于压缩感知和RNA编码的图像加密方法，包括如下步骤：

S1：压缩采样，所述的压缩采样的流程为：

S1-1，对大小为M×N的明文图像进行DWT稀疏变换，得到相应的稀疏系数矩阵P₁；

S1-2，利用4D激光混沌系统生成混沌序列X、混沌序列Y、混沌序列Z和混沌序列W，其中混沌序列Z和混沌序列W生成大小为m×n的测量矩阵Φ，并利用奇异值分解对其进行优化，得到优化后的测量矩阵Φ”；

S1-3，利用优化后的测量矩阵Φ”对矩阵P₁进行压缩采样，得到压缩后的矩阵P₂，P₂＝Φ”×P₁；

S1-4：根据式P₃(i)＝round[255×(P₂(i)-min)/(max-min)]将矩阵P₂进行量化到[0，255]之间，得到量化后的矩阵P₃，其中max是矩阵P₂中的最大值，min为P₂中最小值，round(x)表示求离x最近的整数，P₃(i)表示矩阵P₃的第i个元素,P₂(i)表示矩阵P₂的第i个元素，i＝1，2，…MN；

S1-5：根据式：