[发明专利]一种高维混沌系统下的彩色二维码加解密方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图像处理与信息安全技术应用领域，特别是涉及一种高维混沌系统下的彩色二维码加解密方法。

背景技术

彩色二维码作为数字媒体在网络应用中是较为常用的一种形式，兼具美观实用、存储信息量大和容错能力强的优点，但缺点是易被伪造、易携带病毒钓鱼信息、抗攻击能力弱。由于目前的经典加密方法已不适应彩色二维码的加解密需求，所以彩色二维码加解密方法研究成为学术界的研究热点。

Adleman提出DNA分子编码与计算方法至今，DNA编码与计算方法已广泛应用于图像加密、身份验证、数字签名等相关领域中。其中基于DNA计算的新型加密方法，在密钥传递和分发方面面临较大困难。为了提高图像加密效率，某些学者提出基于混沌系统的图像加密方法，通过将DNA技术和混沌系统结合，首先，提出了基于低维混沌系统和多混沌系统的图像加密算法，其次，提出基于DNA序列加法运算和混沌序列的图像加密算法，最后，提出基于DNA序列并结合混沌映射的 RGB图像加密算法。由于上述方法均基于低维混沌映射，导致加密图像的抗攻击能力较弱。为了解决上述问题，有学者提出了采用SHA-256 生成一维混沌系统初始值并利用布朗运动多次迭代置乱实现图像加密的方法，但该方法的时间复杂度随像素值的置乱和扩散迭代次数大幅提升。然后又提出了基于Lorenz系统的图像隐写加密方法，但该方法在加密图像的恢复质量方面不够理想。将彩色二维码分层处理，通过增加每种颜色的通道和数据容量来提高彩色二维码的安全性，这种方法由于处理方式单一会导致加密效率不够理想。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种融合Lorenz混沌系统、DNA序列和SHA-256散列算法的高维混沌系统下的彩色二维码加解密方法。

为了达到上述目的，本发明提供的高维混沌下彩色二维码加解密方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1：使用SHA-256散列算法处理彩色二维码，生成加密密钥K 和Lorenz混沌系统的初始值；

步骤2：设定多种DNA序列编解码规则；

步骤3：将上述彩色二维码分解成R,G,B三个矩阵，然后将每个矩阵分别变换为二进制彩码矩阵R(m,n×8)，G(m,n×8)，B(m,n×8)，之后从上述多种DNA序列编解码规则中选择一种规则并分别编码上述三个二进制彩码矩阵，得到三个DNA序列彩码矩阵Pr(m,n×4)，Pg(m,n ×4)，Pb(m,n×4)；

步骤4：将上述加密密钥K转换为二进制加密密钥序列K_b，然后重复t次二进制加密密钥序列K_b(t＝(m×n×8)/32)而生成二进制加密密钥矩阵M_k(m,n×8)；之后使用与上述步骤3中相同的编码规则编码二进制加密密钥矩阵M_k，得到DNA序列加密密钥矩阵M_ke；

步骤5：根据DNA异或运算规则将上述三个DNA序列彩码矩阵Pr， Pg，Pb和DNA序列加密密钥矩阵M_ke分别进行异或运算而得到三个第一二进制中间矩阵Pr’，Pg’，Pb’；

步骤6：利用Lorenz系统和k₁-k₁₁、k₁₂-k₂₂、k₂₃-k₃₂三部分的加密密钥X，Y，Z生成的Lorenz系统初始值x₀，y₀，z₀形成三个长度分别是(m×n×4)的混沌实数序列x_n，y_n，z_n；

步骤7：根据上述混沌实数序列x_n，y_n，z_n采用混沌序列的索引函数计算得到索引值lx，ly，lz；

步骤8：将上述步骤5)得到的第一二进制中间矩阵Pr’，Pg’，Pb’分别转化为向量Vr(m×n×4)，Vg(m×n×4)，Vb(m×n×4)，然后结合步骤7中得到的索引值lx，ly，lz将向量Vr，Vg，Vb置乱而得到三个第二二进制中间矩阵Vr’，Vg’，Vb’；