[发明专利]基于DES结构与DNA编码的数字图像加密方法

摘要

本发明提出了一种基于DES结构与DNA编码的数字图像加密方法，用于解决传统DES加密算法应用于图像加密时操作复杂，抗裁剪攻击能力弱等问题。本发明借鉴了DES加密算法的结构，并使用了DNA编码运算、选择密文输出和密钥校验等方法，很好的弥补传统文字加密算法应用于数字图像加密时计算复杂度高、密钥管理不便等问题。本发明通过分析密文的信息熵、像素改变率、图像相关性等指标，验证其安全性；本发明在遭受攻击时具有很好的恢复能力，具有较大的密钥空间来抵抗穷举攻击，同时还能够抵抗统计攻击、差分攻击、裁剪攻击、噪声攻击等，可广泛应用于图像信息的安全传输。

主权项

1.一种基于DES结构与DNA编码的数字图像加密方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：将大小为M*N的明文灰度图像转化为二维的图像矩阵I，将图像矩阵I输入到SHA‑256算法，得到256位的Hash散列值组成二进制序列H，作为初始密钥；步骤二：将二进制序列H等分成8位的二进制序列分别带入到Logistic映射和2D‑LSCM混沌系统的动力学方程中，分别得到Logistic映射的初始值和2D‑LSCM混沌系统的初始值和初始参数；步骤三：将步骤二得到的Logistic映射的初始值带入Logistic映射的动力学方程进行迭代得到长度为(2×M×N+1000)的序列L，将步骤二得到的2D‑LSCM混沌系统的初始值和初始参数带入2D‑LSCM混沌系统的动力学方程进行迭代得到两个长度为4×M×N+1000的2D‑LSCM混沌映射的序列X和序列Y；步骤四：截取序列L的第1001到第M×N+1000个元素，重新排列成大小为M×N的矩阵A₁；取序列L的第M×N+1001到第2×M×N+1000个元素，重新排列成大小为M×N的矩阵A₂，利用矩阵A₁和矩阵A₂对图像矩阵I进行像素置乱得到图像矩阵I₁；步骤五：取序列X的第1001到第4×M×N+1000个元素作为矩阵B的第一行，取序列Y的第1001到第4×M×N+1000个元素作为矩阵B的第二行；将矩阵B重新排列为大小为M×(8×N)的矩阵B′，并对矩阵B′中每个元素的第3到12位对256取模，得到新的矩阵B₁；步骤六：利用矩阵B₁计算DES算法加密过程中的密钥K₁到K₁₆；步骤七：将图像矩阵I₁等分成左半部分L₀和右半部分R₀，利用密钥K₁到K₁₆代入DES算法进行置乱操作，将第13轮运算后的密文L₁₃和密文R₁₃组成密文图像C₁，取第14轮运算后的密文L₁₄和密文R₁₄组成密文图像C₂，取第15轮运算后的密文L₁₅和密文R₁₅组成密文图像C₃，第16轮运算后的密文L₁₆和R₁₆组成密文图像C₄；步骤八：采用像素扩散方法对密文图像C₁、C₂、C₃和C₄操作得到新的图像C′₁、C′₂、C′₃和C′₄，选择图像C′₁、C′₂、C′₃和C′₄中信息熵最大的图像作为加密后的密文图像C输出。