參數(shù)ε = 〇. 5、η = 〇. 9、p = 12、q = 9、L =8,正確的密鑰 Key = 881ecc9992cfaad47a4981276b92a27bd7a9b6ce457dc30ce76f3898 9075bb27。（c)、（d)分別是當(dāng)CML混沌系統(tǒng)的參數(shù)不變時，令Keyl = 981ecc9992cfaad47a 4981276b92a27bd7a9b6ce457dc30ce76f38989075bb27 和 Key2 = 881ecc9992cfaad47a4981 276b92a27bd7a9b6ce457dc30ce76f38989075bb28時的解密圖像。由此可見，此加密算法對 密鑰的敏感性極高，加密安全性也更好。
[0211] 3.密文圖像的灰度直方圖平滑且均勻，抗統(tǒng)計分析攻擊能力強。
[0212] 參見附圖6,其中，（a)表示明文圖像R分量的直方圖；(b)表示密文圖像R分量的 直方圖；（c)表示明文圖像G分量的直方圖；（d)表示密文圖像G分量的直方圖；（e)表示明 文圖像B分量的直方圖；(f)表示密文圖像B分量的直方圖。從圖中可以看出，加密前圖像 的像素值分布極不均勻，而加密后的像素值平滑且均勻的分布在[0,255]中，能夠有效抵 御統(tǒng)計分析的攻擊。
[0213] 4.明文圖像相鄰像素高度相關(guān)，加密后圖像相鄰像素相關(guān)系數(shù)接近于0,基本不 相關(guān)。
[0214] 參見圖7,其中，（a)為明文圖像水平方向上相鄰像素的相關(guān)性分析圖，（b)為密文 圖像水平方向上相鄰像素的相關(guān)性分析圖；（c)為明文圖像垂直方向上相鄰像素的相關(guān)性 分析圖，（d)為密文圖像垂直方向上相鄰像素的相關(guān)性分析圖；（e)為明文圖像對角方向上 相鄰像素的相關(guān)性分析圖，（f)為密文圖像對角方向上相鄰像素的相關(guān)性分析圖。
[0215] 明文、密文相鄰像素的相關(guān)系數(shù)對比見下表：
[0216]
[0217] 可以看出明文圖像相鄰像素是高度相關(guān)的，相關(guān)系數(shù)接近1。而加密圖像的相鄰相 關(guān)系數(shù)接近于〇,相鄰像素間相關(guān)性明顯減小，此時明文的統(tǒng)計特性已被擴(kuò)散到隨機(jī)的密文 中，可以有效抵御統(tǒng)計攻擊。
[0218] 5. NPCR大于99%，UACI大于33%，抗差分攻擊能力強。
[0219] 本實施例中，將原始明文圖像的第一個像素值改為131后得到一個新的明文圖 像，然后將這兩個圖像重新生成密文圖像CjPC 2。計算密文圖像的NPCR和UACI值如下表 所示，可以看到NPCR的值大于99%，UACI的值大于33%。這表明，即使對明文圖像做微小 的變化，通過本算法進(jìn)行加密后，密文圖像也會有明顯的差異。因此，本算法可以有效抵抗 差分攻擊。
[0220] 密文圖像的NPCR和UACI值：
[0221]
[0222] 6.密文圖像的信息熵非常接近理想值8,加密算法安全性好。
[0223] 對標(biāo)準(zhǔn)512X 2480fruits圖像用本發(fā)明算法進(jìn)行加密，得到密文圖像的信息熵為 7. 9993,非常接近理想值8,這表明本發(fā)明提供的加密算法具有很好的安全性。
[0224] 由實施例1~4可知，本發(fā)明提供的加密算法可對M = N或M辛N的彩色圖像進(jìn) 行高安全的加密，在信息加密領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0225] 上面結(jié)合附圖對本發(fā)明優(yōu)選的【具體實施方式】和實施例作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明 并不限于上述實施方式和實施例，在本領(lǐng)域技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下作出各種變化。
【主權(quán)項】
1. 一種基于DNA動態(tài)編碼的彩色圖像加密方法，其特征在于：包括以下步驟： 步驟1.輸入大小為MXN的8位彩色圖像P1，分離彩色圖像RGB三基色分量，得 到分量矩陣Pi_RMN、Pi_GMN、Pi_BMN，每個分量矩陣的大小均為MXN，將分量矩陣Pi_RMN、P^Gmn、 Pi_BMN按行排序得到大小為MX3N的明文灰度圖像P2; 步驟2.利用SHA256函數(shù)對明文彩色圖像？1進(jìn)行計算，得到一組256位哈希值，作為 圖像密鑰Key，將該256位圖像密鑰Key換算為32個十進(jìn)制，平均分為四組，分別用來計算 置亂過程和擴(kuò)散過程中所用CML混沌系統(tǒng)的初始狀態(tài)值和參數(shù)； 步驟3.將步驟2中得到的用來計算置亂過程中的CML混沌系統(tǒng)初始狀態(tài)值和參數(shù)帶 入CML混沌系統(tǒng)中進(jìn)行迭代，累計得到大小為MX3N的狀態(tài)值矩陣W1，將狀態(tài)值矩陣Wl按 行排序，得到大小為MX3N的置亂矩陣K; 步驟4.將步驟2中用來計算擴(kuò)散過程中的CML混沌系統(tǒng)初始狀態(tài)值和參數(shù)帶入CML混沌系統(tǒng)中進(jìn)行迭代，累計得到大小為MX3N的狀態(tài)值矩陣W2,將狀態(tài)值矩陣W2中每行以 8個狀態(tài)值為一組，分別對每個狀態(tài)值建立索引值； 步驟5.步驟4中狀態(tài)值矩陣W2轉(zhuǎn)化為整數(shù)矩陣Y，將矩陣Y按步驟4中的索引值轉(zhuǎn)換 為對應(yīng)的DNA矩陣； 步驟6.利用置亂矩陣K的第i行對明文灰度圖像P2的第i行進(jìn)行置亂，I<i<M; 步驟7.將明文灰度圖像匕中已完成置亂的第i行像素按照步驟4中得到的索引值轉(zhuǎn) 換為對應(yīng)的DNA序列，并對轉(zhuǎn)換得到的DNA序列進(jìn)行擴(kuò)散操作； 步驟8.令i=i+1，重復(fù)步驟6和步驟7,直到明文灰度圖像P2中的每一行像素都完 成DNA加密； 步驟9.將加密過后的DNA矩陣解碼為大小為MX24N的二進(jìn)制矩陣Ql，對矩陣Ql進(jìn)行 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換操作，得到大小為MX3N的十進(jìn)制密文矩陣Q2,將密文矩陣Q2平均分為3個大 小為MXN的矩陣P3_RMN、P3_GMN、P3_BMN，將三個矩陣合并重組，得到大小為MXN的彩色密文 圖像P3，即得到加密圖像。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DNA動態(tài)編碼的彩色圖像加密方法，其特征在于：所述 步驟2具體包含如下內(nèi)容： 步驟2. 1.采用LTS映射作為CML混沌系統(tǒng)子模型的局部映射，LTS映射定義為：沌序列，具體表達(dá)式如下：i，j，k為映像格子的位置索引，龍為CML模型中第i個格子在時空n的狀態(tài)值，且 1彡j彡L，1彡k彡L，i= 1，2,. . .，L，L為CML混沌系統(tǒng)中的耦合映像格子數(shù)，P，q，ee[〇, 1]，nG[〇, 1]為CML模型的參數(shù)值； 步驟2. 2.利用SHA256函數(shù)對明文彩色圖像？1進(jìn)行計算，得到一組256位的哈希值， 作為圖像密鑰，然后將256位的哈希值換算為32個十進(jìn)制數(shù)，并將其定義為kk2, ...，k32， 將Ic1,k2,…，k32平均分為四組，分別用kk2,…，ks，k9,Ic1。，…，k16,k17,kls,…，k24， 1?, 1?, ? ? ?，k32表不； 步驟2. 3.利用Ic1,k2,. . .，ks和k9,k1()，. . .，k16通過計算公式計算用于置 亂過程中的CML混純系統(tǒng)的8個初始狀態(tài)值 < 和8個參數(shù)值r1，計算公式為LTS映射的控制參數(shù)，且O< 4 ; 步驟2. 4.利用k17,kls,. . .，k24和k25,k26,. ? .，k32通過公式計算用于擴(kuò)散過程中的CML3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DNA動態(tài)編碼的彩色圖像加密方法，其特征在于：所述 步驟3具體包含如下內(nèi)容： 步驟3. 1.將步驟2. 3中得到的用于置亂過程中的CML混沌系統(tǒng)的8個狀態(tài)值4和8MX3N的狀態(tài)值矩陣Wl，floor(x)表示不超過X的最大整數(shù)，L為CML混沌系統(tǒng)中的耦合映 像格子數(shù)； 步驟3. 2.將狀態(tài)值矩陣Wl按照公式[ignore,K] =sort(W1, 2)按行排序，得到大小 為MX3N的置亂矩陣K，其中，sort(W1，2)表示將矩陣Wl中每一行的元素按照從小到大的 順序進(jìn)行排列，ignore表示經(jīng)過排列之后的矩陣，K表示的是經(jīng)過排序后的元素在原數(shù)組 中對應(yīng)的位置索引矩陣。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DNA動態(tài)編碼的彩色圖像加密方法，其特征在于：所述 步驟4具體包含如下步驟：MX3N的狀態(tài)值矩陣W2,floor(X)表示不超過X的最大整數(shù)，L表示CML混沌系統(tǒng)中的映像 格子數(shù)； 步驟4. 2.對狀態(tài)值矩陣W2每行以8個狀態(tài)值為一組，通過公式每一個元素都有一個唯一的索引值與其相對應(yīng)，通過Ind(i，j)表示矩陣W2中第i行第j列對應(yīng)的索引值，且M，l<j< 3N，其中，sort(X，'descend'）表示將X中的元素 按照降序進(jìn)行排列，X為由8個狀態(tài)值構(gòu)成的數(shù)組，ignore表示經(jīng)過排列之后的矩陣，Indl 表示的是經(jīng)過排序后的元素在原數(shù)組中對應(yīng)的位置索引矩陣，sort(Indl)表示將Indl中 的元素按照從小到大的順序進(jìn)行排序，Ind表示對Indl排序后，其元素在原Indl中的位置 索引矩陣。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DNA動態(tài)編碼的彩色圖像加密方法，其特征在于：所述 步驟5包含如下內(nèi)容： 步驟5. 1.將狀態(tài)值矩陣W2按照公式 Y(i，j) =mod((W2 (i，j)-floor(W2 (i，j))) *10~8, 256)轉(zhuǎn)化為整數(shù)矩陣Y，其中， mod(a,b)表示a對b的取模運算；floor(X)表示不超過X的最大整數(shù)；Y(i,j)表示得 到的整數(shù)矩陣Y的第i行第j列的元素值，其中1彡i彡M，1彡j彡3N; 步驟5. 2.定義DNA運算規(guī)則，在加密方法中直接使用DNA編碼值進(jìn)行數(shù)學(xué)或邏輯運 算； 步驟5. 3.將整數(shù)矩陣Y中的每個元素按照步驟4中對應(yīng)的索引值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的DNA矩陣，對于任意的Y(i，j)按照第Ind(i，j)種編碼方案轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的DNA序列，將DNA序列 的第r個元素記為DNAr(Y(i，j))，其中，r= 1，2,3,4，1彡i彡M，1彡j彡3N。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于DNA動態(tài)編碼的彩色圖像加密方法，其特征在于：所述 步驟7具體包含如下內(nèi)容： 步驟7. 1.對明文灰度圖像P2中已完成置亂的第i行元素 P2(i，l)，P2(i，2)，P2(i，3)，...，P2(i，3N)分別按照步驟4中得至IJ的第i行的索引 值Ind(i, 1)，Ind(i, 2)，Ind(i, 3)，…，Ind(i, 3N)進(jìn)行DNA編碼，對任意的P2(i,j)按 照第Ind(i，j)種編碼方案轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的DNA序列，并且將DNA序列的第r個元素記為 DNAr(P2(i，j))，其中，r= 1，2,3,4，1 彡i彡M，1 彡j彡 3N; 步驟7. 2.將得到的第i行中像素點的DNA序列通過公式 /?,a(/，./) = (DM4,.(々:/,./)) +DAH.(八/，./))) ? 進(jìn)行擴(kuò)散操作，其中， RrP2(i，j)表示加密過后的DNA編碼值，R(r1}P2(i，j)表示前一個加密的DNA編碼， 若:r= 1，則表示前一個像素點中最后一個DNA編碼的加密值，且R(jP2(i，1) = 0。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于DNA動態(tài)編碼的彩色圖像加密方法，包括：通過彩色明文圖像獲得密鑰；由密鑰分別計算置亂和擴(kuò)散過程中所用混沌系統(tǒng)的初始值和參數(shù)；將初始值和參數(shù)帶入混沌系統(tǒng)迭代，得W1和W2，由W1得置亂矩陣K，W2得整數(shù)矩陣Y和索引矩陣Ind，根據(jù)Ind對Y進(jìn)行DNA編碼；利用矩陣K對明文圖像逐行進(jìn)行置亂，接著進(jìn)行編碼與擴(kuò)散，直到所有的行完成DNA加密，最后對DNA矩陣進(jìn)行解碼、重組得最終的彩色密文圖像。本發(fā)明通過采用SHA256函數(shù)來產(chǎn)生密鑰，擴(kuò)大了密鑰空間，并且密鑰的產(chǎn)生依賴于明文，能夠有效抵抗明文攻擊；將混沌特性與DNA動態(tài)編碼相結(jié)合，進(jìn)一步提高了安全性；同時按照圖像的行進(jìn)行置亂與擴(kuò)散操作，便于并行計算，提高了效率。
【IPC分類】G06F21/60
【公開號】CN105046161
【申請?zhí)枴緾N201510454560
【發(fā)明人】柴秀麗, 甘志華, 李征, 楊康, 高育林, 程云龍, 段修慶
【申請人】河南大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年7月29日