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1、基于DNA亂序編碼和混沌映射的圖像加密算法 摘要:為有效抵抗選擇明文攻擊,已知明文攻擊等密碼攻擊行為,改善加密結(jié)構(gòu),解決DNA編碼透明等加密問題,提出了DNA亂序編碼、基于多個一維Logistic混沌映射的按位抽取算法以及一種二維混沌置亂方法。利用混沌系統(tǒng)按本文相應算法產(chǎn)生的隨機矩陣,結(jié)合明文圖像矩陣進行DNA亂序編碼,并用二維混沌置亂進行加密圖像的比特級置亂來代替DNA堿基對互補替換。實驗結(jié)果及安全分析表明,該算法具有良好的加密結(jié)構(gòu)可有效抵抗各種密碼攻擊行為。 關(guān)鍵詞:圖像加密;DNA序列;混沌系統(tǒng);圖像置亂 中圖分
2、類號:TP391.9文獻標志碼:A ImageencryptionAlgorithmbasedonDNAout-of-orderencodingandchaoticmapping ZHOUXiao-an1,LIYao-qing1,2 ?。?.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 近幾年隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,通過互聯(lián)網(wǎng)來傳輸各類數(shù)據(jù)正在成為時尚首選。特別地,圖像作為優(yōu)秀的信息載體,在使用者對圖像信息具備著豐富高效感知能力的同時,更進一步呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)量大、冗余度高的特點。時下,正有大量的數(shù)字圖像在借助互聯(lián)網(wǎng)實施傳輸傳播,但由于互聯(lián)網(wǎng)的廣闊開放性,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)很容易被截取、捕獲。圖像加密逐漸成為學術(shù)界研究熱點[1-3]。7 1963年美國著名氣象學家Lorenz,無意間發(fā)現(xiàn)混沌現(xiàn)象后,學術(shù)界對混沌現(xiàn)象的研究便從未停歇。相繼出現(xiàn)了混沌同步[4]、混沌控制[5]等領(lǐng)域內(nèi)的代表性研究成果。這些
7、成果已清晰表明混沌系統(tǒng)可提供顯示的遍歷性、偽隨機性、對初始條件的極端敏感性、長期不可預測等特點都非常適合于應用在密碼系統(tǒng)中[6-9]?! ≡S多研究人員將不同領(lǐng)域的知識引入密碼學中,以期設(shè)計出在性能上顯著優(yōu)越的加密系統(tǒng)。使用生物DNA序列并行計算的特點對圖像編碼、運算,并結(jié)合混動理論對圖像進行加密是一種新的加密方法[10-13]。但由于一些算法的結(jié)構(gòu)缺陷,例如:單一的DNA編碼方式、僅僅關(guān)注混沌系統(tǒng)維數(shù)及復雜度的提高而未能改進完善加密結(jié)構(gòu)等。這些基于DNA編碼及混沌的加密算法已陸續(xù)獲證指出存在不同程度的安全問題[14-18]。
8、 具體地,文獻[17](詳見3、4節(jié))提出:文獻[16]的加密系統(tǒng)加密后圖像是不可逆的,即擁有 密鑰的解密機不能正確解密密文圖像,且文獻[16]中的一維Logistic映射產(chǎn)生的互補矩陣可由全零灰度的明文矩陣代入求得,進而文獻[18]探討生成了一種改進的DNA混沌加密方式來加密圖像。但