基于DNA编码和陈超混沌的多图像加密方法与流程

本发明涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种多图像加密方法。

背景技术：

大数据时代下，无论是军事系统、电子政务和金融系统，还是日常生活，每天都会产生庞大的图像信息，为保证这些信息内容不被窃取，图像加密技术在科研界及工业界引起了广泛的关注。多图像加密（multiple-imageencryption，mie）作为一种新的多媒体安全技术，具有高效的特征，逐渐引起研究者的关注。研究者们已提出一些多图像加密方法。这些方法有的已被破译，有的安全性较弱，有的效率较低，有的加密图像幅数有限等问题，难以令人满意。

鉴于此，为提高多图像加密方法的安全性和保证数字图像的安全传输，结合dna编码和陈超混沌理论，设计了一种基于dna编码和陈超混沌的多图像加密方法。该方法利用了dna高速的信息处理能力和庞大的信息存储，以及陈超混沌良好的随机性和复杂性，有效地保护了多幅交互图像网络传输和存储的安全性。

技术实现要素：

本发明的目的：针对现有多图像加密方法安全性弱或加密效率低等问题，提出一种基于dna编码和陈超混沌的多图像加密方法。

本发明的技术方案：为实现上述发明目的，采用的技术方案为基于dna编码和陈超混沌的多图像加密方法，加密步骤如下：

步骤1：设k=k1×k2，且k1和k2均为正整数，将k幅大小为m×n的原始交互图像i1,i2,…,ik组成一幅大图像i^b，并将其dna编码成矩阵i^bd；

步骤2：根据陈超混沌的系统参数a,b,c,d,k和初始值x0,y0,z0,q0，产生4个混沌序列x,y,z,q；

步骤3：利用排序函数sort()对x,y,z,q排序，生成4个新序列lx,ly,lz,lq，以及对应的索引值序列fx,fy,fz,fq；

步骤4：利用索引值序列fx和fq，置乱矩阵i^bd，得置乱后的矩阵为i^bds；

步骤5：计算混沌序列z^t和y的乘积，其中z^t为z的转置，可得混沌矩阵c，再c进行整数化处理，可得混沌图像cⁱ，最后对cⁱ进行dna编码，可得dna编码矩阵c^d；

步骤6：对矩阵c^d与i^bds进行dna异或运算，实现像素值的扩散操作，可得矩阵i^bdd；

步骤7：对i^bdd进行dna解码，可得大图像e^bdd；

步骤8：按照像素位置和m×n的尺寸，对e^bdd进行图像分割，可得k幅加密图像e1,e2,…,ek。

进一步地，所述步骤1中，将k幅大小为m×n的原始交互图像i1,i2,…,ik组成一幅大图像i^b为：

，(1)

任选一种dna编码方式，对i^b进行dna编码，生成一个大小为mk1×4nk2的矩阵i^bd。

进一步地，所述步骤2中，选定陈超混沌的系统参数a,b,c,d,k和初始值x0,y0,z0,q0，生成4个混沌序列为：

(2)。

进一步地，所述步骤3中，利用sort()对x,y,z,q排序：

，(3)

其中，lx是x升序排列后得到的新序列，fx是lx的索引值序列，其它符号ly,fy,lz,fz,lq,fq与lx,fx含义类似。

进一步地，所述步骤4中，利用索引值序列fx和fq，按如下方式置乱矩阵i^bd，可得置乱后的矩阵i^bds，

i^bds(fq(i),fx(j))=i^bd(i,j)，i=1,2,…,m×k1，j=1,2,…,4n×k2(4)。

进一步地，所述步骤5中，计算混沌序列z^t和y的乘积，可得一个大小为mk1×nk2的矩阵c，再对c进行如下整数化处理，可得混沌图像cⁱ：

cⁱ(i,j)=mod(floor(c(i,j)×10⁸),256)，i=1,2,…,m×k1，j=1,2,…,n×k2，(5)

最后任选一种dna编码方式，对cⁱ进行编码，可得一个大小为mk1×4nk2矩阵c^d。

进一步地，所述步骤6中，对矩阵c^d与i^bds按如下方式进行dna异或运算，可得矩阵为i^bdd，

i^bdd=c^d⊕i^bds(6)。

进一步地，所述步骤7中，任选一种dna编码方式，对i^bdd进行dna解码操作，可得一幅新的大图像e^bdd。

在解密过程中，利用相同的混沌序列和对应的dna编码方式对加密图像e1,e2,…,ek进行解密，可得k幅原始交互图像。bob的解密过程是alice加密的逆过程。

有益效果：本发明针对现有的多图像加密方法安全性差或加密效率低等缺点，难以令人满意，提出了一种新的基于dna编码和陈超混沌的多图像加密方法。主要贡献有以下2点：（1）在该方法中，采用了复杂度高和随机性好的陈超混沌系统，更能有效地增强方法的安全性；（2）在该方法中，利用了dna高速的信息处理能力和庞大的信息存储。因此，提出的方法可同时加密多幅交互图像，且密钥空间大，密钥敏感性强，安全性高。

附图说明

图1：基于dna编码和陈超混沌的多图像加密方法的加密流程图；

图2：原始交互图像；

图3：加密图像；

图4：基于dna编码和陈超混沌的多图像加密方法的解密流程图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实例对本发明的实施过程进一步详细说明。

图1是本方法的加密流程图。

采用的编程软件为matlabr2014b，选取图2所示的4幅大小为512×512的图像作为原始交互图像。采用本方法，对原始交互图像加密的具体过程描述如下：

1.将4幅图像纵向排列产生大图像，并随机选取一种dna编码方式，比如dna编码方式1，对原始交互图像进行dna编码；

2.alice随机选取陈超混沌系统的控制参数和初始值分别为：a=35，b=7，c=12，d=3，k=0.6和初始值x0=8.036，y0=0.999，z0=16.372，q0=12.228，产生4个混沌序列；

3.对产生的混沌序列进行排序操作；

4.利用混沌序列，进行像素位置置乱；

5.利用混沌序列，产生混沌图像，并随机选取一种dna编码方式，比如dna编码方式1，对混沌图像进行dna编码；

6.对大图像对应dna矩阵的置乱结果和混沌图像对应的dna矩阵，进行dna异或运算，得到一个新的dna矩阵；

7.任选一种dna编码方式，比如dna编码方式1，对上述结果矩阵进行dna解码操作，得到一幅新的大图像；

8.按照像素位置和512×512的尺寸，对上述大图像进行图像分割，从而产生4幅加密图像，如图3所示。

在解密过程中，利用相同的混沌序列和对应的dna编码方式作用于4幅加密图像。bob的解密过程是alice加密的逆过程，图4是本方法的解密流程图。