[发明专利]一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法

摘要

本发明提出了一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，使用Keccak算法计算明文图像的哈希值作为混沌系统的初始值输入密钥；利用混沌映射对初始条件的敏感性与伪随机性，迭代Logistic映射得到伪随机序列并生成希尔加密矩阵，对图像矩阵进行置乱与置换；结合Duffing映射与DNA编码技术，利用遗传操作实现像素的选择、交叉与变异来完成像素的扩散与置乱，通过与混沌序列进行双向异或运算，增强其混淆和扩散特性。本发明利用Duffing映射和Logistic映射的伪随机性、遍历性及遗传算法的交叉变异操作，对密钥的敏感性强，能有效抵抗统计攻击和差分攻击等，具有很好的安全性和应用潜力，图像加密效果及性能得到了显著提升。

主权项

1.一种基于Duffing映射与遗传操作的图像加密方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：将大小为M×N的灰度图像P转换成大小为M×N的二维图像矩阵P1；步骤二：采用Keccak算法对灰度图像P生成散列值K，将散列值K分组计算混沌系统的初值；步骤三：根据Logistic映射和混沌系统的初值产生混沌序列L，混沌序列L按照升序排列得到置换索引序列L′，将置换索引序列L′按照每行M个值进行填充可得到置换矩阵，用置换矩阵置乱图像矩阵P1中的像素位置，得到置乱后的图像矩阵P2；步骤四：选取混沌序列L中的元素构造个希尔加密矩阵，对图像矩阵P₂按照每4个像素一组，选择构造的希尔加密矩阵对分组后的图像矩阵进行加密置换得到图像矩阵P₃；步骤五：从GenBank数据库中下载一个DNA序列，从第1个碱基开始截取长度为4M×N个碱基的序列，作为序列SQ；步骤六：根据Duffing映射和混沌系统的初值产生序列U和序列V，每次选择图像矩阵P3中的两个个体，将序列SQ中的碱基进行DNA解码，每4个碱基解码后组成一个控制字，依次控制个体的交叉操作，得到图像矩阵P4；步骤七：将图像矩阵P4变换为一维向量并进行DNA编码，得到一维的图像DNA序列，采用给定的序列SQ，根据碱基变异方法和规则对图像DNA序列中的每个碱基实现变异操作；变异后的图像DNA序列进行DNA解码恢复成二维矩阵形式，得到图像矩阵P5；步骤八：将序列U作为正向扩散密码流、序列V作为反向扩散的密码流，根据像素扩散技术对图像矩阵P5中的每个像素实行正向扩散和逆向扩散，扩散后得到图像加密矩阵P6，将图像加密矩阵P6恢复得到加密后的密文图像。