基于云模型和超混沌系统的DNA图像加密方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于云模型和超混沌系统的DNA图像加密方法及系统，其中方法包括以下步骤：将彩色图像分解成三种颜色通道的图像；将分解后的图像转化为二值矩阵，然后按照DNA序列的编码准则对二值矩阵进行编码；产生混沌序列，并利用排序数对混沌序列进行排序操作；S4：选择序列的索引值组合来置乱矩阵；将置乱的矩阵分成小块；按照DNA序列的加法规则，将小块相加；重新组合小块，得到新的DNA序列矩阵，并解码；调用云模型生成函数，得到新的三维序列值；S9：分别用序列值X和Y作为行列序号进行像素位置调整，得到处理后的图像；用序列值Z与处理后的图像进行异或运算，得到图像out，再将out赋值给原图。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像加密领域，尤其涉及一种基于云模型和超混沌系统的DNA图像加密方法。
技术介绍
数字图像是目前最流行的多媒体形式之一，在政治、经济、国防、教育等方面均有广泛应用。对于某些特殊领域，如军事、商业和医疗，数字图像还有较高的保密要求。为了实现数字图像保密，实际操作中一般先将二维图像转换成一维数据，再采用传统加密算法进行加密。与普通的文本信息不同，图像和视频具有时间性、空间性、视觉可感知性，还可进行有损压缩，这些特性使得为图像设计更加高效、安全的加密算法成为可能。自上世纪90年代起，研究者利用这些特性提出了多种图像加密算法。总结起来，图像加密技术的概念是：利用数字图像的特性设计加密算法，以提高加密的安全性和运算效率的一种技术。根据加密与解密中使用的密钥情况，传统的加密技术分为对称加密与非对称加密，或称为私钥加密与公钥加密。对称加密指的是在加密与解密时使用相同的密钥，并且密钥只有通信双方知道；而非对称加密中的加密密钥与解密密钥是不同的，加密密钥是公开的，任何人都可以知道，而解密密钥只有解密者才有。从本质上讲，图像在计算机中的表示仍然是数字，完全可以采用传统的加密技术对图像文件进行加密，但是由于图像是用二维或三维数据格式进行表示的，若采用传统的加密技术对图像文件加密，加密时首先要把图像数据转换为一维的，解密时还要把其转换为二维或三维数据。同时由于图像数据还具有信息量大冗余度高的特性，因此采用上述方法对图像文件加密和解密，不但效率较低，而且安全性差。为了解决上述问题，国内外学者研究了许多专用的图像加密方案。目前常见的图像加密技术包括基于像素位置变换的加密技术、基于随机序列的加密技术、基于压缩编码的加密技术。目前所提出的算法在去强相关性、信息熵等方面具有良好性能，但是在抵抗差分攻击、已知明文攻击、选择明文攻击、已知密文攻击等攻击时性能较差。因此，需要引入其它理论或者提出新的算法增强抗强力攻击的能力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中对图像文件加密和解密，不但效率较低，而且安全性差的缺陷，提供一种高效且安全性高的基于云模型和超混沌系统的DNA图像加密方法及系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于云模型和超混沌系统的DNA图像加密方法，包括以下步骤：S1：将彩色图像A(m，n，3)分解成三种颜色通道的图像，分别是红R(m，n)，绿G(m，n)和蓝B(m，n)，其中m，n是图像的长和宽；S2:将R(m,n)、G(m，n)、B(m,n)转化为二值矩阵，然后按照DNA序列的编码准则对二值矩阵进行编码，最后得到3个已经变换的矩阵R、G、B；S3：在初始值x0，y0，z0，q0和超混沌Chen系统控制参数a，b，c，d，r的条件下，利用Chen混沌映射产生混沌序列分别是：x＝{x1,x2,x3,…,xm×2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于云模型和超混沌系统的DNA图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将彩色图像A(m，n，3)分解成三种颜色通道的图像，分别是红R(m，n)，绿G(m，n)和蓝B(m，n)，其中m，n是图像的长和宽；S2:将R(m,n)、G(m，n)、B(m,n)转化为二值矩阵，然后按照DNA序列的编码准则对二值矩阵进行编码，最后得到3个已经变换的矩阵R、G、B；S3：在初始值x0，y0，z0，q0和超混沌Chen系统控制参数a，b，c，d，r的条件下，利用Chen混沌映射产生混沌序列分别是：x＝{x1,x2,x3,…,xm×2}y＝{y1,y2,y3,…,yn×4}z＝{z1,z2,z3,…,zm×2}q＝{q1,q2,q3,…,qn×4}利用排序数对三条混沌序列x，y，z进行排序操作：[lx,fx]=sort(x)[ly,fy]=sort(y)[lz,fz]=sort(z)[lq,fq]=sort(q)]]>其中[lx fx]＝sort(x)是排序的索引函数，fx是对x升序排列后得到的新序列，lx是fx的索引值，ly，lz，lq与lx相同；S4：根据下式，选择序列x，y，z的索引值组合来置乱R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)，置乱后所得矩阵为R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)R(i,j)↔R(lx(i),ly(j))G(i,j)↔G(lz(i),ly(j))B(i,j)↔B(lx(i),lq(j)),1≤i≤m,1≤j≤n;]]>S5：将置乱的R(i,j)、G(i,j)和B(i,j)分成小块，分别为Rb(α,β)、Gb(α,β)和Bb(α,β)，其中，α＝1,2,3……,i/4；β＝1,2,3……,j；S6：按照DNA序列的加法规则，用以下方法将小块Rb、Gb和Bb相加：Rb{i,j}←Rb{i,j}+Rb{lx(i),ly(j)};Gb{i,j}←Gb{i,j}+Gb{lx(i),lq(j)};Bb{i,j}←Bb{i,j}+Rb{ly(i),lq(j)};]]>S7：重新组合小块Bb、Gb和Bb，得到3个新的DNA序列矩阵，R’、G’和B’，将R’、G’和B’按照DNA解码规则进行解码，得到3个矩阵R”、G”和B”；S8：输入云模型的三个参数Ex、En、He，并调用云模型生成函数，得到三维云的三维函数值x、y、z，对第三维函数值z取模，得到新的三维序列值X、Y、Z；S9：分别用序列值X和Y作为行列序号对R”、G”、B”进行像素位置调整，得到处理后的图像R”、G”、B”；用序列值Z与R”、G”、B”进行异或运算，得到图像out，再将out赋值给原图。...

【技术特征摘要】
1.一种基于云模型和超混沌系统的DNA图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将彩色图像A(m，n，3)分解成三种颜色通道的图像，分别是红R(m，n)，绿G(m，n)和蓝B(m，n)，其中m，n是图像的长和宽；S2:将R(m,n)、G(m，n)、B(m,n)转...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊盛武，郑文博，段鹏飞，于笑寒，周姜炜，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42