[发明专利]基于随机数嵌入和DNA动态编码的图像加密方法

权利要求书

1.一种基于随机数嵌入和DNA动态编码的图像加密方法，其特征在于，包括：

步骤1：将明文图像P分成两部分，并分别将所述两部分图像像素的像素和作为密钥参数s₁和密钥参数s₂，所述明文图像P的大小为M×N；

步骤2：利用四维忆阻混沌系统生成四个混沌序列X、Y、Z和U；

步骤3：对明文图像P进行预处理操作，得到预处理后图像P₁，所述预处理操作包括对明文图像P进行随机数嵌入；

步骤4：根据所述混沌序列X生成第一DNA编码规则，按照所述第一DNA编码规则对所述预处理后图像P₁进行DNA动态编码，得到DNA序列P₃；

步骤5：根据所述混沌序列Y生成置乱序列，并利用所述置乱序列对所述DNA序列P₃进行置乱，得到置乱后序列P₄；

步骤6：根据所述混沌序列Z和所述密钥参数s₁生成第二DNA编码规则，按照所述第二DNA编码规则对量化后的混沌序列Z进行DNA动态编码，得到DNA掩码序列K，利用所述DNA掩码序列K对所述置乱后序列P₄进行扩散，得到扩散后DNA序列Ck；具体包括：

步骤6.1：根据所述密钥参数s₁按照式(14)将所述混沌序列Z量化为序列Rd，并将所述序列Rd作为第二DNA编码规则：

Rd(n)＝1+mod[floor(Z(n)×s₁×10¹⁴),8]，n∈[0,4MN-1] (14)

其中，floor函数是向下取整函数，mod函数是取余函数；

步骤6.2：根据所述置乱后序列P₄的UTF8码信息按照式(15)生成序列D，根据所述序列D和所述第二DNA编码规则按照式(16)对所述混沌序列Z进行DNA编码，生成DNA掩码序列K：

K(n)＝DNA_enc(mod[floor(Z(n)×D(n-1)×10¹⁴),4],Rd(n)) (16)

其中，n∈[0,4MN-1]，P4(-1)是密钥参数，P₄(-1)∈{A,T,G,C}；

步骤6.3：将所述置乱后序列P₄和所述DNA掩码序列K按照式(17)进行异或操作，得到扩散后DNA序列Ck：

Ck(n)＝XOR[P₄(n),K(n)]，n∈[0,4MN-1] (17)

其中，XOR表示异或操作；

步骤7：根据所述混沌序列U和所述密钥参数s₂生成DNA解码序列Dc，根据所述DNA解码序列Dc对所述扩散后DNA序列Ck进行DNA解码，得到密文图像C。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤2之前还包括：预先生成所述四维忆阻混沌系统的系统参数d，具体为：

利用随机数函数生成第一8位数二进制序列和第二8位数二进制序列；

对所述第一8位数二进制序列和第二8位数二进制序列进行异或操作，得到第三8位数二进制序列；

将所述第三8位数二进制序列转换为十进制数Key，并按照式(5)生成系统参数d：

d＝0.001+mod(Key×10^-3,0.6) (5)

其中，mod函数是取余函数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3中的所述预处理操作具体为：

步骤3.1：将两个随机数序列R和O分别嵌入到明文图像P中；其中，根据所述混沌序列X和Y生成所述随机数序列R和O；

步骤3.2：将嵌入的所述随机数序列R和O与周围明文图像P的像素进行异或操作；

步骤3.3：待明文图像P的所有像素均完成异或操作后，去除嵌入的所述随机数序列R和O，得到预处理后图像P₁。