基于DNA序列和自組裝的圖像加密研究.pdf

1、博士學(xué)位論文基于DNA序列和自組裝的圖像加密研究TheResearchofImageEncryptionBasedonDNASequencesandSelfassembly學(xué)號(hào)：10904010完成日期：2013—03大連理工大學(xué)DaliallUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞圖像信息已經(jīng)變得十分普遍。因?yàn)檫@種傳遞方式不僅不受地域地限制，而且高效快速，同時(shí)還可以節(jié)約

2、大量的費(fèi)用。但是由于網(wǎng)絡(luò)自身存在的協(xié)議、系統(tǒng)等方面的缺陷，人們?cè)谙硎芫W(wǎng)絡(luò)傳遞帶來(lái)的便捷的同時(shí)，不得不考慮如何提高圖像信息的安全性。圖像加密技術(shù)就是為了防止重要的圖像信息被非法的盜取或篡改。目前，圖像加密技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了政府、軍事部門(mén)、醫(yī)療、商業(yè)及個(gè)人安全系統(tǒng)等多領(lǐng)域中，并發(fā)揮著重要的作用。基于此背景，本文的主要研究?jī)?nèi)容就是以DNA序列和自組裝為手段，研究新型的圖像加密技術(shù)，從而提高圖像信息的安全性。研究分為兩大部分，基于DNA序列

3、的圖像加密算法研究和面向圖像加密的DNA自組裝設(shè)計(jì)。新的圖像加密方法包括如下幾種：第一，提出了一種基于混沌游戲表示法的圖像加密方法。利用混沌游戲表示法的思想，結(jié)合圖像信息的特殊性，實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像信息的有效加密。并將天然DNA序列作為密鑰，進(jìn)一步地提高加密的安全性。第二，提出了一種基于Hao分形法的圖像加密方法。按照?qǐng)D像信息的特點(diǎn)，將Hao分形法進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種新的圖像加密方法。為了實(shí)現(xiàn)像素的擴(kuò)散效果，定義了新的DNA序列操作。第三，提出

4、了一種基于RTDNA元胞自動(dòng)機(jī)的圖像加密方法。提出了一個(gè)新的元胞自動(dòng)機(jī)模型，即DNA元胞自動(dòng)機(jī)。對(duì)一維DNA元胞自動(dòng)機(jī)，T型DNA元胞自動(dòng)機(jī)以及RTDNA元胞自動(dòng)機(jī)進(jìn)行了理論定義，并在離散時(shí)間上定義了轉(zhuǎn)換函數(shù)。利用新定義的RTDNA元胞自動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的加密。面向圖像加密的DNA自組裝模型設(shè)計(jì)方面取得的科研成果如下：第一，實(shí)現(xiàn)了基于DNA自組裝技術(shù)的一次一密圖像加密系統(tǒng)。利用DNA計(jì)算具有超大并行性和海量存儲(chǔ)能力的特性，使用DNA自組裝

5、模型實(shí)現(xiàn)面向圖像信息的一次一密的加密系統(tǒng)。通過(guò)DNA瓦片自組裝過(guò)程，構(gòu)建自組裝模型，完成對(duì)圖像信息的加密和解密。為圖像信息的加密和存儲(chǔ)提供了一種新的方法。第二，實(shí)現(xiàn)了面向圖像加密的元胞自動(dòng)機(jī)的DNA自組裝設(shè)計(jì)。不僅設(shè)計(jì)了初等DNA元胞自動(dòng)機(jī)通式，同時(shí)給出了初等XORDNA元胞自動(dòng)機(jī)和T型XORDNA元胞自動(dòng)機(jī)的自組裝設(shè)計(jì)方案。特別地，根據(jù)圖像加密的特點(diǎn)，給出了面向圖像加密的元胞自動(dòng)機(jī)自組裝設(shè)計(jì)方案。關(guān)鍵詞：圖像加密；DNA序列；DNA元