基于dna乱序编码和混沌映射的图像加密算法

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1、基于DNA乱序编码和混沌映射的图像加密算法　　摘要：为有效抵抗选择明文攻击，已知明文攻击等密码攻击行为，改善加密结构，解决DNA编码透明等加密问题，提出了DNA乱序编码、基于多个一维Logistic混沌映射的按位抽取算法以及一种二维混沌置乱方法。利用混沌系统按本文相应算法产生的随机矩阵，结合明文图像矩阵进行DNA乱序编码，并用二维混沌置乱进行加密图像的比特级置乱来代替DNA碱基对互补替换。实验结果及安全分析表明，该算法具有良好的加密结构可有效抵抗各种密码攻击行为。　　关键词：图像加密；DNA序列；混沌系统；图像置乱　　中图分

2、类号：TP391.9文献标志码：A　　ImageencryptionAlgorithmbasedonDNAout-of-orderencodingandchaoticmapping　　ZHOUXiao-an1，LIYao-qing1，2　　（1.CollegeofInformationEngineering，ShenzhenUniversity，ShenzhenGuangdong518000，China；　　2.ShenzhenKeyLaboratoryofWirelessBroadbandCommunicationandS

3、ingalProcessing，ShenzhenGuangdong518057，China）　　Abstract：ThispaperintroducedanewimageencryptionalgorithmbasedonDNAout-of-orderencodingandchaoticmapping.First，generatefourrandommatricesbyusingtwoseparate7Logisticmapsinacertainway.SecondaDNAmatrixisobtainedbyout-of-o

4、rderencodingtheoriginalimageunderoneoftherandommatrix，andproduceanewrandomDNAsequencematrixbyusingDNAstandardcodeforanotherrandommatrix.ThenperformtheDNAsequenceadditionoperationtoaddtheseDNAmatrix.Finally，performthescramblingtotheresultoftheaddedmatrixbyusingthere

5、stofthetwo-dimensionalrandommatrixinsteadofDNAsequencecomplementoperation.Experimentalresultsandsecurityanalysisshowthattheencryptionalgorithmhavegoodencryptionschemesthatcanresisttheplaintextattacks.　　Keywords：imageencryption；DNAsequences；chaoticsystems；imagescram

6、bling　　0引言　　近几年随着互联网的发展，通过互联网来传输各类数据正在成为时尚首选。特别地，图像作为优秀的信息载体，在使用者对图像信息具备着丰富高效感知能力的同时，更进一步呈现出数据量大、冗余度高的特点。时下，正有大量的数字图像在借助互联网实施传输传播，但由于互联网的广阔开放性，传输的数据很容易被截取、捕获。图像加密逐渐成为学术界研究热点[1-3]。7　　1963年美国著名气象学家Lorenz，无意间发现混沌现象后，学术界对混沌现象的研究便从未停歇。相继出现了混沌同步[4]、混沌控制[5]等领域内的代表性研究成果。这些

7、成果已清晰表明混沌系统可提供显示的遍历性、伪随机性、对初始条件的极端敏感性、长期不可预测等特点都非常适合于应用在密码系统中[6-9]。　　许多研究人员将不同领域的知识引入密码学中，以期设计出在性能上显著优越的加密系统。使用生物DNA序列并行计算的特点对图像编码、运算，并结合混动理论对图像进行加密是一种新的加密方法[10-13]。但由于一些算法的结构缺陷，例如：单一的DNA编码方式、仅仅关注混沌系统维数及复杂度的提高而未能改进完善加密结构等。这些基于DNA编码及混沌的加密算法已陆续获证指出存在不同程度的安全问题[14-18]。

8、　　具体地，文献[17]（详见3、4节）提出：文献[16]的加密系统加密后图像是不可逆的，即拥有　　密钥的解密机不能正确解密密文图像，且文献[16]中的一维Logistic映射产生的互补矩阵可由全零灰度的明文矩阵代入求得，进而文献[18]探讨生成了一种改进的DNA混沌加密方式来加密图像。但