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专利号: 2018106598426
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,包含如下步骤:

步骤1:针对大小为M×N的明文图像,通过位平面分解得到大小为M×8N的原始矩阵,并利用明文灰度图像的哈希值并结合外置密钥参数获取混沌系统初始值,将混沌系统初始值带入六维复合超混沌系统来获取混沌序列X,Y,Z,U,V和W,并根据混沌序列得到用于DNA编码的编码规则矩阵、用于通过建立元素位置置乱的非线性映射关系进行双重置乱操作的位置索引序列、用于进行扩散操作的扩散立方矩阵和用于进行DNA解码的解码规则矩阵,其中,编码规则矩阵和解码规则矩阵的大小均为M×4N;

步骤2:将原始矩阵按照编码规则矩阵进行DNA编码,获取编码后的二维DNA矩阵;

步骤3:将DNA矩阵转换为大小为r×r×r的立方矩阵,其中,M×4N=r3;

步骤4:依据由位置索引序列建立的元素置乱非线性映射关系,并结合三维猫映射对明文图像的立方矩阵进行双重置乱操作,得到置乱矩阵;

步骤5:依据扩散立方矩阵对置乱矩阵进行扩散操作,得到大小为r×r×r的扩散矩阵;

步骤6:将大小为r×r×r的扩散矩阵转换为大小为M×4N的转换矩阵;

步骤7:对转换矩阵依据解码规则矩阵进行DNA解码,并转换为十进制,得到最终密文图像。

2.根据权利要求1所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,步骤1中,将明文灰度图像作为SHA256哈希函数的输入信息,利用输出的哈希值并结合外置密钥参数获取混沌系统初始值;将混沌系统初始值带入六维复合超混沌系统进行迭代,得到大小为1×MN的混沌序列X,Y,Z,U,V和W。

3.根据权利要求2所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,对混沌序列X,Y,Z和U进行修正,得到修正后用于编码的序列;并对混沌序列Z,U,V和W进行修正,得到修正后用于解码的序列;分别对修正后的序列重新组合,获取包含若干序列的序列组,序列组中的每个序列大小为1×4MN,通过设置变量选取序列组中的序列,并对选取的序列按列优先输出转换为大小为M×4N的编码规则矩阵和解码规则矩阵。

4.根据权利要求1所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,步骤2中,将原始矩阵的第一位平面和第八位平面,第二位平面和第七位平面,第三位平面和第六位平面,第四位平面和第五位平面按照编码规则矩阵进行编码,获得编码后大小为M×4N的DNA矩阵DNA_R,记为DNA_R=[P_BIN(BP(1,8)),P_BIN(BP(2,7)),P_BIN(BP(3,6)),P_BIN(BP(4,5))],其中P_BIN(BP(1,8))表示原始矩阵P_BIN的第一位平面和第八位平面按照编码规则编码后的DNA矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,步骤4具体包含如下内容:步骤4.1:选取混沌序列X,Y,Z的前r个元素,得到三个大小为1×r的序列XZ,YZ,ZZ,分别为:XZ=[x1,x2,...,xr],YZ=[y1,y2,...,yr],ZZ=[z1,z2,...,zr];

步骤4.2:将混沌序列XZ,YZ,ZZ进行升序排列,并记下位置索引序列

步骤4.3:将 和 进行组合,得到包含有若干序列的序列组S;

步骤4.4:通过设置变量选取序列组S中的序列;

步骤4.5:根据选取的序列建立明文图像的三维DNA矩阵元素置乱的非线性映射关系,对矩阵中的元素进行置乱;

步骤4.6:利用三维猫映射对置乱后的元素进行再次置乱,得到三维置乱矩阵。

6.根据权利要求5所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,步骤4.5中,假设元素当前位置为(a,b,c)且序列组中的序列被选取时,位于(a,b,c)的元素被置乱到位置 上,其中1≤a≤r,1≤b≤r,1≤c≤r。

7.根据权利要求1所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,步骤5具体包含如下内容:步骤5.1:对混沌序列X,Y,Z和U进行修正,得到修正后用于编码的序列;对修正后的序列重新组合,获取包含若干序列的序列组;通过设置变量选取序列组中的序列;

步骤5.2:将选取的序列转化为大小为r×r×r的扩散立方矩阵H,并对扩散立方矩阵H进行修正,得到修正后的矩阵H′;

步骤5.3:利用预设扩散规则和矩阵H′对明文图像置乱后的三维DNA矩阵执行扩散操作。

8.根据权利要求7所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,步骤5.2中,对扩散立方矩阵H进行修正的公式表示为:H′=mod(H×1014,4)。

9.根据权利要求7所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,步骤5.3中对明文图像置乱后的三维DNA矩阵执行扩散操作,具体表示为:N_DNA=D(DNA_R,H′),其中,DNA_R是输入的明文图像置乱后的三维DNA矩阵,N_DNA为扩散后的矩阵,D(.)表示扩散过程函数。

10.根据权利要求7所述的基于双重置乱和DNA编码的混沌图像加密方法,其特征在于,预设扩散规则所示为: