[发明专利]基于希尔加密与动态DNA编码的图像加密方法

摘要

本发明提出了一种基于希尔加密与动态DNA编码的图像加密方法，用以解决现有图像加密算法过于复杂、易于破解的问题，本发明采用超混沌系统、椭圆曲线相结合的方法构造希尔加密矩阵对图像进行置换加密，避免了元素之间的强相关性，也避免了椭圆曲线加密的复杂性与难以实现性，使加密算法简易；再结合动态DNA编码规则，根据像素所处位置的不同随机选择编码规则，对像素进行DNA编码，增加了加密算法的安全性，使密钥之间的相关性降低，从而使密文难于破解；最后使用超混沌序列对图像进行置乱；提高了密钥敏感性、传输数据的安全性，还能有效的抵抗已知明文和选择明文攻击，且具有较好的抗穷举攻击能力、统计攻击和差分攻击。

主权项

1.一种基于希尔加密与动态DNA编码的图像加密方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：输入大小为m*n的灰度图像，将灰度图像转化为明文图像矩阵I；步骤二：将明文图像矩阵I用哈希函数SHA‑3进行运算得到密钥B，将密钥B与汉明距离结合产生超混沌Lorenz系统的初始值；采用超混沌Lorenz系统产生的混沌序列Q₁、Q₂、Q₃和Q₄构造L/16个新的整数M序列，其中，l为像素组中的像素数；步骤三：利用椭圆曲线的参数和M序列构造L个可逆的希尔加密矩阵K₁、K₂.....、K_L；步骤四：将明文图像矩阵I中的每l个像素为一像素组，得到L个像素组，对像素组I’_k选择一个希尔加密矩阵K_k，对其进行加密，得到加密图像矩阵I₁，k＝1,2,3…,L；步骤五：利用动态DNA编码规则将加密图像矩阵I₁转换为DNA序列矩阵I₂；取L个希尔加密矩阵K₁、K₂.....、K_L的第一列合成新的矩阵K_L+1，根据动态编码规则将矩阵K_L+1转换为DNA序列矩阵K’_L+1；将DNA序列矩阵I₂与DNA序列矩阵K′_L+1进行DNA序列运算得到DNA序列矩阵I₃；步骤六：利用动态DNA编码规则对DNA序列矩阵I₃进行DNA解码，还原成图像矩阵I₄；步骤七：采用左循环移位操作对图像矩阵I₄进行移2位操作，得到图像矩阵I₅；步骤八：将混沌序列Q₄按从小到大的顺序排列得到新序列，用新序列各元素所在的位置之值替换混沌序列Q₄中的元素，得到索引序列；用索引序列对图像矩阵I₅进行行列置乱，得到最终的加密图像矩阵I₆；所述超混沌Lorenz系统的初始值的计算方法为：原始m*n的明文图像矩阵I用SHA‑3‑256运算后，产生出一组256位的哈希值；将哈希值转换为二进制后作为密钥B；进一步用汉明距离对密钥B进行处理，将密钥B按字节划分为32个字节表示为：b₁，b₂，b₃，…，b₃₂；令C₁＝b₁⊕b₂⊕b₃⊕b₄⊕b₅⊕b₆⊕b₇⊕b₈，C₂＝b₉⊕b₁₀⊕b₁₁⊕b₁₂⊕b₁₃⊕b₁₄⊕b₁₅⊕b₁₆，C₃＝b₁₇⊕b₁₈⊕b₁₉⊕b₂₀⊕b₂₁⊕b₂₂⊕b₂₃⊕b₂₄，C₄＝b₂₅⊕b₂₆⊕b₂₇⊕b₂₈⊕b₂₉⊕b₃₀⊕b₃₁⊕b₃₂；通过公式(5)‑(8)计算超混沌Lorenz系统的初始值x₀、y₀、z₀和u₀：x₀＝x₁+H(C₁,C₂)+C₁/4                      (5)y₀＝y₁+H(C₂,C₃)+C₂/4                      (6)z₀＝z₁+H(C₃,C₄)+C₃/4                      (7)u₀＝u₁+H(C₄,C₁)+C₄/4                     (8)其中，H(U,V)表示序列U和序列V之间的汉明距离，x₁、y₁、z₁、u₁为给定值。