[发明专利]基于量子混沌映射和DNA编码的图像加密方法

说明书

为了保证图像信息的安全，结合量子混沌系统和DNA编码理论，提出了一种基于量子混沌映射和DNA编码的图像加密算法。首先采用量子Logistic混沌产生随机序列对图像进行循环移位进行置乱；然后采用量子混沌映射对图像进行动态DNA编码；再采用Lorenz混沌进行DNA加法、异或对图像进行扩散；最后采用量子混沌对图像进行DNA解码得到密文图像。通过以上几部分的结合得到图像加密算法，该算法可以通过给定不同的混沌初值对图像进行加密。

技术领域：

本发明涉及一种图像加密算法，采用量子混沌映射以及DNA动态编码对图像进行加密的方法。

背景技术：

随着计算机网络以及多媒体的迅速发展，图像信息的安全越来越受到重视，继而出现了多种加密的技术，如DES、RSA等，然而绝大多数加密技术是对文本加密提出的，这并不适用于具有较大数据量的图像。基于混沌的加密技术具有实现简单，加密速度快，安全性高等特点，已越发体现其在加密领域的优势，混沌技术已成为近些年的主要加密技术。其中量子混沌解决了传统混沌的“不动点”和“稳定窗”的问题，系统的随机性更好，敏感性更强，使得量子混沌加密技术的安全性更高。最近几年，基于DNA计算思想的图像加密方法逐渐出现，DNA含有四个碱基，分别是腺嘌呤A(Adenine)、胸腺嘧啶T(Thymine)、鸟嘌呤G(Guanine)与胞嘧啶C(Cytosine)。这四个碱基中，A与T互补，G与C互补。图像像素值的二进制正好也是由0和1组成，可以将二进制用这四个碱基进行表示，从而可以使图像像素值重新编码，达到图像加密的目的。

本文将量子混沌加密和DNA加密应用到图像加密领域，提出了一种基于量子混沌映射和DNA动态编码的图像加密方法，很大地提高了安全性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于量子混沌映射和DNA动态编码的图像加密方法。首先采用量子Logistic混沌产生随机序列对图像进行循环移位进行置乱；然后采用量子混沌映射对图像进行动态DNA编码；再采用Lorenz混沌进行DNA加法、异或对图像进行扩散；最后采用量子混沌对图像进行DNA解码得到密文图像。通过以上几部分结合得到加密后的图像的加密算法，该算法可以通过给定不同的混沌初值对图像加密。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于量子混沌映射和DNA编码的图像加密方法，包括以下步骤：

输入：灰度图像I，大小为M行N列，M和N为正整数，Lorenz混沌系统的参数u，v，w和初值x₀，y₀，z₀，量子Logistic混沌系统的参数β,r和初值X₁,X₂,X₃,X₄,Y₁,Y₂,Y₃,Y₄,Z₁,Z₂,Z₃,Z₄；

输出：加密图像I′；

(1)将灰度图像I转换成大小为M×N的二维矩阵I₁；

(2)采用量子Logistic混沌映射产生四组混沌序列，根据量子Logistic混沌映射公式