基于多向扫描模型和DNA掩膜运算的多图像加密方法技术

每天都有大量的图像生成并分布在各个领域。为保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，提出了一种提出了一种基于多向扫描模型和DNA掩膜运算的多图像加密方法。该方法突破加密容量限制，可一次性加密多幅数字图像。整个加密过程在立体图像层面进行置乱和扩散，多图像加密效果显著，DNA掩膜运算在像素层面动态进行，增强了DNA运算的灵活性。实验结果与对比分析表明，该方法具有极高的安全性和可靠性。高的安全性和可靠性。高的安全性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于多向扫描模型和DNA掩膜运算的多图像加密方法


[0001]本专利技术涉及一种信息加密技术，特别是涉及一种多图像加密方法。

技术介绍

[0002]近年来，人们对网络和信息系统的安全问题越来越重视，图像已经成为人们日常生活中重要的信息载体，它可以直观、生动地传递大量的信息，广泛应用于通信、军事和医疗领域。然而，由于互联网的开放性，信息在网络传输过程中容易被截获或泄露。数据隐藏和图像加密是保持图像安全的常用方法，但前者由于没有足够的嵌入能力而受到一些限制，相比之下，图像加密可有效地保护图像。因此，如何有效和安全地加密图像就变得非常重要。
[0003]因为图像具有数据容量大、像素与数据冗余相关性高的特点，传统的数据加密算法无法加密数字图像。近年来，基于混沌的各种加密算法被提出，如基于混沌的图像加密、基于压缩感知的图像加密、基于遗传算法的图像加密。随着大数据时代的到来，网络信息传输能力也得到了提高，对加密算法的效率和安全性的要求也进一步提升。
[0004]为保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，提出了一种基于多向扫描模型和DNA掩膜运算的多图像加密方法，该方法能够实现一次性加密多幅图像，提高了加密过程的安全性和高效性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的：为保护图像信息不被窃取，提高网络传输过程中加密的安全性和效率，提出了一种基于多向扫描模型和DNA掩膜运算的多图像加密方法。
[0006]本专利技术的技术方案：为实现上述专利技术目的，采用的技术方案为基于多向扫描模型和DNA掩膜运算的多图像加密方法，加密步骤详述如下：步骤1：构建大图像：按照一定的规则，将k幅大小均为m
×
n的明文图像I1, I2,
ꢀ…
, I
k
构建成一幅大图像I
b
；步骤2：生成密钥流：利用SHA
‑
256计算出I
b
的256比特哈希值H；将H按8比特进行划分，则H=k1, k2,
ꢀ…
, k
32
；随机选取外部输入参数c1, c2, c3, c4，利用公式（2）
‑
（4）计算公式（1）所示的二维Logistic
‑
Adjusted
‑
Chebyshev映射的两组初始值和控制参数，即初始值x
01
, y
01
、控制参数γ1和初始值x
02
, y
02
、控制参数γ2，，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2），
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（3），
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（4）其中，arccos(
•
)表示反余弦函数，mod(
•
)表示取模运算，hex2dec(
•
)表示将十六进制数转换为十进制数；步骤3：生成混沌序列：利用初始值x
01
, y
01
和控制参数γ1，对公式（1）进行mn次迭代，可得2个长度均为mn的混沌序列X={x
i
}，Y{y
i
}；利用初始值x
02
, y
02
和控制参数γ2，对公式（1）进行k次迭代，可得2个长度均为k的混沌序列U={u
i
}，V{v
i
}；步骤4：构建图像立方体：按照一定的规则，将I1, I2,
ꢀ…
, I
k
转换成一个大小为m
×
n
×
k的图像立方体P1；步骤5：计算扫描次序：计算P1的坐标轴扫描次序s， s=mod(floor((p1+p2+p3+p4)/4)
×
10
14
, 6)+1，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）其中，floor(
•
)代表向下取整函数；扫描次序规则为：其中，x, y,z分别为P1所在三维坐标系的坐标轴；步骤6：建立多向扫描模型：计算x, y,z坐标轴方向的扫描起始位置和扫描方向；x坐标轴方向：，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）其中，(r
yx
, r
zx
)为x坐标轴方向上P1的k层图像扫描起始位置，r
sx
为扫描方向规则；y坐标轴方向：
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）其中，(r
xy
, r
zy
)为y坐标轴方向上P1的m层图像扫描起始位置，r
sy
为扫描方向规则；z坐标轴方向：，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）其中，(r
xz
, r
yz
)为z坐标轴方向上P1的n层图像扫描起始位置，r
sz
为扫描方向规则；扫描方向规则定义为：利用(r
yx
, r
zx
, r
sx
)，(r
xy
, r
zy
, r
sy
)，(r
xz
, r
yz
, r
sz
)分别对P1进行x, y,z坐标轴方向进行多向扫描，可得一个大小为m
×
n
×
k的置乱立方体P2；步骤7：生成掩膜矩阵和规则矩阵：计算， m
i1
=mod(floor(x
i
×
10
14
), 256)，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（9） g
i1
=mod(floor(y
i
×
10
14
), 4)+1，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（10）其中,i=1, 2,
ꢀ…
, mn，x
i
∈X，y
i
∈Y，m
i1
∈M1，g
i1
∈G1；将M1和G1分别转换为大小为m
×
n的掩膜矩阵M2和规则矩阵G2；DNA掩膜运算规则为：步骤8：动态DNA编码：DNA编码规则为：对x坐标轴方向上P2的k层图像进行动态DNA编码，其中第j层图像，采用DNA编码规则f
j
进行DNA编码，f
j
=mod(floor(u
j
×
10
14
), 8)+1，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于多向扫描模型和DNA掩膜运算的多图像加密方法，其特征在于，加密过程包括如下步骤：步骤1：构建大图像：按照一定的规则，将k幅大小均为m
×
n的明文图像I1, I2,
ꢀ…
, I
k
构建成一幅大图像I
b
；步骤2：生成密钥流：利用SHA
‑
256计算出I
b
的256比特哈希值H；将H按8比特进行划分，则H=k1, k2,
ꢀ…
, k
32
；随机选取外部输入参数c1, c2, c3, c4，利用公式（2）
‑
（4）计算公式（1）所示的二维Logistic
‑
Adjusted
‑
Chebyshev映射的两组初始值和控制参数，即初始值x
01
, y
01
、控制参数γ1和初始值x
02
, y
02
、控制参数γ2，，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1），
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2），
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（3），
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（4）其中，arccos(
•
)表示反余弦函数，mod(
•
)表示取模运算，hex2dec(
•
)表示将十六进制数转换为十进制数；步骤3：生成混沌序列：利用初始值x
01
, y
01
和控制参数γ1，对公式（1）进行mn次迭代，可得2个长度均为mn的混沌序列X={x
i
}，Y{y
i
}；利用初始值x
02
, y
02
和控制参数γ2，对公式（1）进行k次迭代，可得2个长度均为k的混沌序列U={u
i
}，V{v
i
}；步骤4：构建图像立方体：按照一定的规则，将I1, I2,
ꢀ…
, I
k
转换成一个大小为m
×
n
×
k的图像立方体P1；步骤5：计算扫描次序：计算P1的坐标轴扫描次序s，s=mod(floor((p1+p2+p3+p4)/4)
×
10
14
, 6)+1，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（5）其中，floor(
•
)代表向下取整函数；扫描次序规则为：其中，x, y,z分别为P1所在三维坐标系的坐标轴；步骤6：建立多向扫描模型：计算x, y,z坐标轴方向的扫描起始位置和扫描方向；
x坐标轴方向：，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（6）其中，(r
yx
, r
zx
)为x坐标轴方向上P1的k层图像扫描起始位置，r
sx
为扫描方向规则；y坐标轴方向：，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（7）其中，(r
xy
, r
zy
)为y坐标轴方向上P1的m层图像扫描起始位置，r
sy
为扫描方向规则；z坐标轴方向：，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（8）其中，(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓强，田婧希，胡杨明，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：