[发明专利]基于希尔加密与动态DNA编码的图像加密方法

说明书

本发明提出了一种基于希尔加密与动态DNA编码的图像加密方法，用以解决现有图像加密算法过于复杂、易于破解的问题，本发明采用超混沌系统、椭圆曲线相结合的方法构造希尔加密矩阵对图像进行置换加密，避免了元素之间的强相关性，也避免了椭圆曲线加密的复杂性与难以实现性，使加密算法简易；再结合动态DNA编码规则，根据像素所处位置的不同随机选择编码规则，对像素进行DNA编码，增加了加密算法的安全性，使密钥之间的相关性降低，从而使密文难于破解；最后使用超混沌序列对图像进行置乱；提高了密钥敏感性、传输数据的安全性，还能有效的抵抗已知明文和选择明文攻击，且具有较好的抗穷举攻击能力、统计攻击和差分攻击。

技术领域

本发明涉及图像加密的技术领域，尤其涉及一种基于希尔加密与动态DNA编码的图像加密方法。

背景技术

数字图像具有直观易识别、生动、高冗余度、大数据容量等特征，逐渐成为人们常用的信息交流方式之一。数字图像在未经授权的网络传输中容易受到攻击，必须运用加密技术来保障图像传输的安全性。一些传统的诸如DES、AES和RSA等加密算法并没有考虑到数字图像本身所具有的像素之间相关性强的特点。因此，将它们应用到图像加密中会存在加密强度不高，或者加密时间过长等众多问题。现在，越来越多的方法应用于图像加密，比如超混沌理论和DNA编码技术。

超混沌系统具有良好的伪随机特性、轨道的不可预测性、对初始状态及控制参数的敏感性。超混沌序列具有预测期长、随机性好、加密图像密钥空间大、安全性能更高、更不易破解等一系列优点。DNA分子具有超大规模并行性、超低的能量消耗和超高的存储密度等特点。将超混沌序列与DNA编码相结合不但可以解决DNA编码的单一性等缺点，又可弥补超混沌序列对密钥的低敏感性等问题。2010年薛等人提出了一种基于DNA编码与混沌序列相结合的加密方法，利用DNA编码和超混沌系统对初始条件的敏感性和高度随机性对图像提供了很好的加密。文献[Wang X,Zhao J,Liu H.A new image encryption algorithmbased on chaos[J].Optics Communications,2012,285(5):562-566]提出一种基于混沌和DNA动态编码的图像加密算法，该算法加入了动态DNA编码规则；但是该算法在加密过程中只有一种DNA运算，计算规则单一。文献[F,Yavuz S.Analysis andimprovement of a novel image fusion encryption algorithm based on DNAsequence operation and hyper-chaotic system[J].Nonlinear Dynamics,2014,78(2):1311-1320]指出了采用固定编码和单一运算规则的DNA混沌图像加密算法容易通过选择明文攻击进行破解。后续又提出了基于编码和多混沌映射的图像加密改进算法，用超混沌系统置乱像素位置和像素值，用DNA编码规则编码进行伪DNA运算，最后通过DNA解码获得加密图像。尽管DNA编码和超混沌系统提供了很好的图像加密结果，但是，由于其对称性质，无法完全正向保密。为了解决这些问题，有学者提出用公钥密码技术弥补对称密码技术不能有效进行密钥管理的不足。