本技术涉及混沌图像加密，尤其涉及一种dna编码和zigzag变换联合置乱的混合混沌图像加密方法。
背景技术：
1、当今社会已然进入网络化时代，数字图像由于其形象、生动、信息量大等特点，已成为人们所青睐的一种信息传递载体。但图像信息在传输的过程中，其安全性面临着非法盗用、篡改等威胁。为此，采用高效、加密程度高的加密技术对图像信息进行有效加密是一项亟待解决且有着重要意义的工作。
2、混沌是一种独特的非线性现象，由于其对初始值的敏感性、非周期性、伪随机性等特点，非常适合于图像加密。因此，引起了许多学者的广泛关注。近年来，将混沌和一些置乱变换相结合，对数字图像进行加密，取得了一些研究成果。文献[1：sheela s j,sureshkv,tandurd.image encryption based on modified henon map using hybrid chaoticshift transform[j].multimedia tools andapplications,2018,77(19):25223–25251]采用二维修正henon映射和正弦映射两种混沌系统，结合zigzag置乱方法，提出了一种混沌图像加密算法。文献[2：赵孔文.基于混合混沌系统和动态dna编码的图像加密[d].南昌:南昌大学,2021.]采用standard映射，并结合fisher-yates算法和dna动态编码，提出了一种混沌图像加密算法。文献[3：zhang q,guo l,wei x.image encryption using dnaaddition combining with chaotic maps[j].mathematical and computer modeling,2010,52:2028–2035.]采用一维logistic映射和二维logistic映射，并结合dna编码，实现了混沌图像加密。文献[4：zhang y.the image encryption algorithm based on chaosand dna computing[j].multimedia tools and applications,2018,77(16):21589–21615.]提出了一种分段线性混沌映射和dna编码相结合的混沌图像加密算法。文献[5：mfungo d e,fu x,wang x,et al.enhancing image encryption with the kroneckerxor product,the hill cipher,and the sigmoid logistic map[j].applied sciences,2023,13:4034.]采用logistic映射产生混沌伪随机序列，并结合一些运算，提出了一种混沌图像加密算法。文献[6：ramasamy p,ranganathanv,kadry s,et al.an imageencryption scheme based on block scrambling,modified zigzag transformationand key generation using enhanced logistic-tentmap[j].entropy,2019,21:656.]应用logistic-tent映射产生混沌伪随机序列，结合zigzag变换，提出了一种图像加密算法。
3、但值得注意的是，目前的研究成果大多采用单一混沌系统产生的伪随机序列来对数字图像进行加密，但同一混沌系统产生的各伪随机序列之间往往存在关联性，这样势必会影响加密强度。为克服这一局限性，采用多个不同混沌系统产生的混合混沌伪随机序列来进行图像加密是一个可行的方案。但目前相关研究结果较少，且不成熟不完善。与此同时，在混沌图像加密过程中，往往使用单一的置乱方法进行置乱，容易造成置乱效果不佳等问题。
技术实现思路
1、本技术提供一种dna编码和zigzag变换联合置乱的混合混沌图像加密算法，解决了现有技术中置乱效果不佳的问题。
2、为了达到上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
3、在第一方面的实施例中，本技术提供一种dna编码和zigzag变换联合置乱的混合混沌图像加密算法，包括：
4、将明文图像转换为矩阵形式，将其作为第一矩阵；
5、将所述第一矩阵进行zigzag置乱得到第二矩阵；
6、通过混沌系统生成混沌矩阵，将其作为第三矩阵，所述第三矩阵与所述第一矩阵的尺寸相同；
7、dna加密：对所述第二矩阵进行dna编码，得到第五矩阵；对所述第三矩阵进行dna编码，得到第四矩阵；对所述第五矩阵和所述第四矩阵进行dna运算，得到第六矩阵；对所述第六矩阵进行dna解码，并转换为十进制，得到密文图像，完成加密。
8、本技术将明文图像转换为矩阵形式后对其进行zigzag置乱得到第二矩阵，再通过混沌系统生成第三矩阵，利用dna加密算法分别对第二矩阵和第三矩阵进行dna编码后再对两个矩阵进行dna运算得到第六矩阵，最终对第六矩阵进行dna解码，再将其转换为十进制，得到密文图像，完成加密。本技术结合了zigzag置乱、dna编码方法和混沌系统对明文图像进行置乱，能够得到较好的置乱效果，解决了现有技术中置乱效果不佳的问题。
9、在一些实施方式中，所述将明文图像转换为矩阵形式包括：
10、接收明文图像，当所述明文图像为梯形、菱形、圆形或其他不规则形状时，将所述明文图像的行数和/或列数进行补零，得到矩形图像；
11、将所述矩形图像转化为像素序列；
12、将所述像素序列转化为矩阵形式，将其作为第一矩阵。
13、在一些实施方式中，所述zigzag置乱包括：采用32×32的zigzag矩阵对所述第一矩阵进行置乱。
14、在一些实施方式中，所述混沌系统采用离散的logistic混沌系统，其表达式如下：
15、xn+1＝λxn(1-xn),
16、其中，λ为系统参数，当xn∈[0,1],λ∈(3.5714,4)时，所述离散的logistic混沌系统处于混沌状态。
17、在一些实施方式中，生成所述第三矩阵的过程包括：
18、根据所述离散的logistic混沌系统的系统参数和初值选取第一密钥；
19、将所述第一密钥中的各分量代入所述离散的logistic混沌系统，得到混沌序列p1′；
20、由式p1＝ceil(p1′×1016)mod 256,对所述混沌序列p1′进行处理，得到混沌整数序列p1；
21、将所述混沌整数序列转化为与第一矩阵尺寸相同的矩阵，得到混沌矩阵，将其作为第三矩阵。
22、在一些实施方式中，所述的dna编码和zigzag变换联合置乱的混合混沌图像加密方法还包括：通过超混沌系统生成多个超混沌整数序列，在所述dna加密过程中根据所述超混沌整数序列的值确定dna编码规则、dna解码规则及dna运算规则。
23、在一些实施方式中，所述超混沌系统采用chen超混沌系统，其表达式如下：
24、
25、其中，x、y、z、w为系统的状态变量，a、b、c、d、r为系统的控制参数，当参数a＝35,b＝3,c＝12,d＝7,0.085≤r≤0.798时，所述chen超混沌系统表现为超混沌状态。
26、在一些实施方式中，所述dna加密过程包括：
27、通过所述chen超混沌系统的系统参数和初值选取第二密钥；
28、将所述第二密钥中的各分量代入所述chen超混沌系统，得到第一超混沌序列y1(i),第二超混沌序列y2(i),第三超混沌序列y3(i),第四超混沌序列y4(i)；
29、通过式
30、
31、对所述第一超混沌序列y1(i),所述第二超混沌序列y2(i),所述第三超混沌序列y3(i),所述第四超混沌序列y4(i)进行处理，得到第一超混沌整数序列y1(i)，第二超混沌整数序列y2(i)，第三超混沌整数序列y3(i)和第四超混沌整数序列y4(i)；
32、根据所述第一超混沌整数序列y1(i)的值选择dna编码规则，对所述第二矩阵进行dna编码，得到所述第五矩阵；
33、根据所述第二超混沌整数序列y2(i)的值选择dna编码规则，对所述第三矩阵进行dna编码，得到所述第四矩阵；
34、根据所述第三超混沌整数序列y3(i)的值选择dna运算规则，对所述第四矩阵和所述第五矩阵进行dna运算，得到所述第六矩阵；
35、根据所述第四超混沌整数序列y4(i)的值选择dna解码规则，对所述第六矩阵进行dna解码，得到二进制密文矩阵，再将其转换为十进制得到密文图像，完成加密。
36、在第二方面的实施例中，本技术提供一种dna编码和zigzag变换联合置乱的混合混沌图像解密方法，包括：
37、将密文图像转化为矩阵形式，将其作为第七矩阵；
38、根据加密方使用的离散的logistic混沌系统和第一密钥生成混沌序列并以加密方使用的方式进行处理，将其转化为矩阵形式，将其作为第八矩阵；
39、根据加密方使用的chen超混沌系统和第二密钥生成超混沌序列并以加密方使用的方式进行处理，得到第一超混沌整数序列y1(i)，第二超混沌整数序列y2(i)，第三超混沌整数序列y3(i)和第四超混沌整数序列y4(i)；
40、根据所述第二超混沌整数序列y2(i)的值选择dna编码规则，对所述第八矩阵进行dna编码，得到第九矩阵；
41、根据所述第四超混沌整数序列y4(i)的值选择dna编码规则，对所述第七矩阵进行dna编码，得到第十矩阵；
42、根据所述第三超混沌整数序列y3(i)的值选择dna运算规则，对所述第九矩阵和所述第十矩阵进行dna运算，得到第十一矩阵；
43、根据所述第一超混沌整数序列y1(i)的值选择dna编码规则，对所述第十一矩阵进行dna解码，得到第十二矩阵；
44、对所述第十二矩阵进行zigzag置乱的逆操作，再将其转化为十进制，得到明文图像，完成解密操作。
45、有益效果
46、本技术采用离散和超混沌系统联合生成混沌伪随机序列来对明文图像进行加密，避免了同一混沌系统产生的各伪随机序列之间存在关联性这一弊端，提高了加密强度。
47、本技术采用dna编码和zigzag相结合的置乱方法，比单一置乱的图像加密算法置乱效果更好。
48、本技术的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实施方式的实践了解到。