基于DNA編碼和混沌的數字圖像對稱加密算法研究.pdf

1、作為一個新興的主題，基于混沌和DNA互補的規(guī)則的數字圖像對稱加密技術最近已經吸引了很多研究人員的關注。隨著通信技術的發(fā)展，除了文本信息以外，利用視聽信息變得比過去更為普遍。以數字圖像為核心的多媒體內容，已經成為未來的信息傳輸中的中流砥柱。數字圖像的安全需求促進了各種加密技術的發(fā)展。
　　混沌由于具有對初始條件和控制參數的敏感性以及遍歷性等特點，成為非線性動力學領域中一個研究熱點。低維離散混沌函數能夠簡單和高效地加密生成偽隨機序列。

2、另一方面，DNA加密是一個密碼領域的有力工具。由于 DNA具有巨大的并行性和高存儲容量的特點，這一領域變得前途遠大?；?DNA和離散混沌函數的算法結合了加密領域的經典解決方案和遺傳學的優(yōu)勢，利用這兩個領域的優(yōu)勢來有效地保護圖像信息。
　　傳統數字加密系統如 DES、AES和RSA等，主要針對文本數據，而不適合于多媒體流，這是由于圖像數據具有數據量大、像素間具有高相關性和高冗余等特性會帶來顯著的開銷。而且，傳統的加密技術要求解密后

3、的數據和明文數據完全相同。為了解決這個問題，對稱選擇性加密能滿足計算復雜度和時延要求并且保證足夠安全性，從而成為一種適用于實時應用的密碼技術。所以本研究為了減少加密開銷，使用選擇性加密方法加密高位的明文。在對稱加密技術中，使用相同的密鑰解密和加密，既快速又高效，因為它需要的計算量較低。為了更好地使用DNA互補的規(guī)則以及在加密算法前以動態(tài)的方式將DNA擴散，首次將完整的DNA互補的規(guī)則用于選擇性圖像數據塊的編碼和解碼。每一個塊的DNA選擇

4、規(guī)則依賴于混沌序列。分段線性混沌映射的初始條件和控制參數與 Logistic映射依賴于普通圖像的128位散列值以避免選擇明文攻擊。本文的主要貢獻如下:
　?、僭谔岢龅牡谝粋€加密算法中，選擇一部分圖像在 DNA加法運算下以流模式加密。這個方案最重要的優(yōu)勢是，盡管在傳輸過程中有信道產生的噪聲積累，它仍然能夠將密文圖像解密為原始圖像，并且十分高效，這使得它適用于實時應用。該方案首先運用 PWLCM對圖像進行置亂，其次是將圖像分解為最高有

5、效位(MSB)和最低有效位(LSB)。在 LSB部分運用 DNA加法操作完成對 MSB進行擴散，隨后完成圖像的LSB和擴散后的MSB部分的解碼。接著，Logistic序列分別與解碼后的MSB和LSB進行?異或‘操作，最后這兩個部分結合起來得到加密圖像。
　?、谠诘诙€加密算法中，提出了一個新的基于對偶操作的擴散方案，也叫做交叉擴散，是以塊模式加密數字圖像。首先，每個數字圖像的不同部分進行不同的擴散操作：為MSB塊進行?異或‘操作和

6、在DNA模式下對LSB進行加法操作。置換后，圖像被分成 LSB和MSB部分，然后兩個部分被轉換為單獨的一維數組。這些一維數組被劃分為非重疊的固定大小的塊，然后進行基于 DNA的編碼，其中LSB和MSB的每個塊都根據Logistic序列進行動態(tài)選擇DNA規(guī)則。本算法的創(chuàng)新性是每個 LSB塊通過與 MSB塊相加實現擴散，而每個 MSB塊通過與 LSB塊異或運算實現加密。
　　本文重點研究了結合 DNA和混沌的圖像加密方案，以保證加密過