[发明专利]一种基于细胞神经网络超混沌和DNA序列的彩色图像加密方法

权利要求书

1.基于超混沌和DNA序列的彩色图像无损加密方法，其特征在于具体步骤为：

（1）输入大小为的彩色明文图像，分离图像的红、绿、蓝分量，得到三个大小为的矩阵、和；

（2）任意选取六阶细胞神经网络超混沌系统的初始值，结合明文图像更新和生成六阶细胞神经网络超混沌系统，以及Logistic-Sine混沌映射系统的参数和初始值，并对两个混沌系统分别进行迭代运算，得到密钥流和随机数，，；

（3）将十进制矩阵，，分别转换为二进制矩阵；然后，根据DNA编码规则和随机数，，，将这些二进制矩阵分别转换成三个大小为的DNA序列矩阵，， ；

（4）对DNA序列矩阵，，执行两次DNA异或运算，得到三个大小为的DNA序列矩阵，， ；

（5）根据DNA解码规则和随机数，，，先将DNA序列矩阵，，分别转换为二进制矩阵，再将这些二进制矩阵分别转换为十进制矩阵，，，它们分别为加密图像的红、绿、蓝分量；

（6）利用密钥流和按位异或运算，改变加密图像的各像素值，得到最终密文图像；

（7）解密过程是加密过程的逆操作，即按逆序执行图像加密运算即解密出明文图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（2）中使用的六阶细胞神经网络超混沌系统和Logistic-Sine混沌映射分别描述如下：

式中，，；

利用明文图像根据如下式子产生中间值：

式中，为模运算符号，为按位与运算符号，为按位异或运算符号；

利用Logistic-Sine混沌映射产生随机数，，的具体步骤如下：

SL1：Logistic-Sine混沌映射的系统参数和初始值按如下式子生成：

SL2：利用上述系统参数以及初始值，迭代Logistic-Sine混沌映射次，≧5000，并抛弃前500个值，得到长度为的实值混沌序列；

SL3：随机数，，按如下式子生成：

式中，表示取整函数，，，为正整数且；

利用六阶细胞神经网络超混沌系统生成密钥流的具体步骤如下：

ST1：任意选取超混沌系统的初始值，，并按如下式子更新：

，，，

，，；

ST2：利用更新后的初始值，，迭代六阶细胞神经网络系统次，并抛弃前个值，得到6个长度为的实值混沌序列，；

ST3：对序列做如下的优化改进：

，

式中，函数返回离最近的整数，为正整数且；

ST4：对序列进行排序，得到三个长度为的新序列 ；对序列中的每个元素，找到其在序列中的位置编号并记录下来，从而得到三个长度为的位置序列；

ST5：将序列转换成大小为的矩阵，密钥流按如下式子生成：

。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤（3）所使用的DNA编/解码规则如下：

。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：步骤（4）所使用的DNA异或运算规则如下：

根据如下式子对DNA序列矩阵，，执行两次DNA异或运算：

，

；

这里，，。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤（6）利用密钥流，根据如下式子对图像的像素进行扩散处理：

，

式中，，。