[发明专利]一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法

摘要

本发明涉及图像处理与信息安全领域，具体涉及一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法。本发明对于明文彩色像素图像P为.bmp格式，图像尺寸为M×N，提取图像的三色通道矩阵分别构成三个M×N的矩阵PR，PG，PB；产生一个随机数R，求取32位十六进制图像散列值MD5，MD5＝MD(P,R)；将MD5平均分成8份，将MD归一到(0,0.01)之间。本发明提供一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法。引入了散列值和绝对误差概念，使加密算法与图像明文相联系，有效提升了算法安全性；本发明引入了DNA序列像素值调整和图像三通道耦合运算，有效降低了加密算法复杂程度，极大降低了密文像素值之间的相关性，提高了密文抗攻击特性，加密效果好，安全性高。

主权项

1.一种基于6维混沌系统的彩色图像一次性密钥DNA加密方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)对于明文彩色像素图像P为.bmp格式，图像尺寸为M×N，提取图像的三色通道矩阵分别构成三个M×N的矩阵PR，PG，PB；(2)产生一个随机数R，求取32位十六进制图像散列值MD5，MD5＝MD(P,R)；(3)将MD5平均分成8份，即MD(j)＝{dj1dj2dj3dj4},j＝1,...,8，将MD归一到(0,0.01)之间，D(i)＝hex2dec(MD(i)),i＝1,...,8；(4)从D中任意选取4个数{D(1),D(3),D(6),D(7)}并求和得到s1＝D(1)+D(3)+D(6)+D(7)，依次类推求取s2,s3,s4,s5,s6，获取绝对误差序列ε＝{ε1,ε2,ε3,ε4,ε5,ε6}，如果si×100mod2＝0，则εi取+；否则，εi取‑，(5)获取更新后的6维混沌系统初始参数x′i0,i＝1,2,...,6，代入6th‑CNN高阶混沌系统迭代m+3MN次，去除前m个值获取混沌序列y＝{y1,y2,y3,y4,y5,y6}，xi′＝xi0+εi,i＝1,2,...,6，yi＝xi×1014mod256,i＝1,2,...,6；(6)用MD5最后一位计算t＝MD5(32)mod6+1，取yt的前3M位得到行置乱序列1×3M的TN1；取y(t+1)mod6+1得到列置乱序列M×3N的TN2；取y(t+2)mod6+1的前M×N位并得到明文DNA译码规则序列1×MN的TN3；取y(t+3)mod6+1，y(t+4)mod6+1和y(t+5)mod6+1的前2M×N位，奇数项获取译码规则1×MN的TN41,TN51,TN61，偶数项获取三通道混沌加密预处理序列1×MN的TN42,TN52,TN62TNi＝ymod8+1；(7)将明文P_R,P_G,P_B的每个像素点值转化为8位二进制数，将其每2位为一组，依据TN₃进行DNA译码，7.1)若TN₃(i)＝1，则00＝A,11＝T,10＝C,01＝G；7.2)若TN₃(i)＝2，则00＝A,11＝T,01＝C,10＝G；7.3)若TN₃(i)＝3，则11＝A,00＝T,10＝C,01＝G；7.4)若TN₃(i)＝4，则11＝A,00＝T,01＝C,10＝G；7.5)若TN₃(i)＝5，则10＝A,01＝T,00＝C,11＝G；7.6)若TN₃(i)＝6，则01＝A,10＝T,00＝C,11＝G；7.7)若TN₃(i)＝7，则10＝A,01＝T,11＝C,00＝G；7.8)若TN₃(i)＝8，则01＝A,10＝T,11＝C,00＝G，译码后分别得到明文DNA编码三通道混沌加密预处理序列TN₄₂、TN₅₂、TN₆₂依据译码序列TN₄₁，TN₅₁，TN₆₁进行DNA译码，一码后得到三通道混沌加密DNA序列(8)行置乱：将依次连接构成一个3M×N的矩阵P₁，得到序列TN₁中的元素按升序排列在TN₁中的位置序列TN₁′，将P₁的第一行移动到P₁的第TN₁′(1)行，P₁的第二行移动到P₁的第TN₁′(2)行，…，依次类推，直至P₁的第3M行移动到P₁的第TN₁′(3M)行为止，得到行置乱后矩阵P_1out；TN′＝sort(TN)    (1)(9)列置乱：将P1out转化成M×3N的矩阵P2，得到序列TN2中的每一行元素按升序排列在TN2中的位置序列TN2′，将P2的第i行第j列的元素移动到P1的第i行第TN2′(i,j)列，直至P1的第M行第3N列移动到P1的第M行第TN2′(M,3N)行为止，得到列置乱后矩阵P2out；(10)像素值调整：将P_2out分解成3个M×N矩阵P_3R、P_3G、P_3B，对图像像素值进行加密，其中符号为DNA加法运算，为DNA减法运算：为DNA异或运算，规则为：最终得到密文图像矩阵和(11)将和转化成十进制数并复合，最终得到密文图像C_out.bmp格式。