基于DNA序列操作及混沌系統(tǒng)的彩色圖像加密算法.pdf

1、隨著英特網(wǎng)和多媒體通信技術(shù)的快速發(fā)展，近幾十年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)信息安全問題日趨嚴(yán)重，數(shù)字圖像的安全傳輸問題亟待解決，保護(hù)圖像信息的有效手段之一是對(duì)圖像進(jìn)行加密。由于混沌系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與密碼系統(tǒng)存在著很多的相似之處，以及考慮到DNA計(jì)算的高度并行性、巨大的存儲(chǔ)量和低能耗等特點(diǎn)，DNA序列操作和混沌系統(tǒng)常被學(xué)者們結(jié)合起來(lái)應(yīng)用到加密當(dāng)中以提高算法的安全性。
　　本文首先簡(jiǎn)要介紹了混沌理論和密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，然后介紹了新興的DNA計(jì)算和DNA序列操

2、作，在此基礎(chǔ)上提出了基于DNA序列操作和混沌系統(tǒng)的數(shù)字圖像加密算法，本文的主要研究工作包括以下兩個(gè)部分：
　　1)第三章提出了一種基于DNA序列操作和多混沌系統(tǒng)的彩色圖像加密算法，該算法的置亂階段和擴(kuò)散階段的密鑰流分別是利用混沌系統(tǒng)三維斜帳篷映射和耦合映象格子生成的。為了提高本算法的抗明文攻擊的能力，我們利用漢明距離和本文提出的DNA的圓上距離來(lái)更新置亂過(guò)程和擴(kuò)散過(guò)程的初始密鑰，這兩個(gè)距離都是根據(jù)明文內(nèi)容計(jì)算得出的。在擴(kuò)散過(guò)程中，

3、為了提高算法的破解難度，小波函數(shù)生成的混沌序列被用來(lái)控制該過(guò)程所采用的DNA操作方式。為了進(jìn)一步提高該算法的安全性和對(duì)明文的敏感性，我們對(duì)前一個(gè)輸出的擴(kuò)散后的DNA堿基執(zhí)行了XOR操作。
　　2)第四章提出了一種利用S-Box的基于復(fù)數(shù)混沌系統(tǒng)和DNA序列操作的彩色圖像加密算法。該算法為了增加破解難度，首先將RGB三個(gè)通道進(jìn)行了混合，使得破解者必須同時(shí)破解三個(gè)通道。為了提高本算法抵抗明文攻擊的能力，原明文圖像像素值之和被用來(lái)更新復(fù)

4、數(shù)Chen系統(tǒng)的初始值，然后利用Chen系統(tǒng)生成的部分密鑰流來(lái)構(gòu)造三個(gè)S-Box，并利用Chen系統(tǒng)生成的剩余部分的密鑰流和S-Box來(lái)置亂三個(gè)通道。在擴(kuò)散過(guò)程則根據(jù)置亂后的DNA堿基控制所采用的DNA序列操作方式，使得本算法緊密依賴于明文的每個(gè)像素，從而能夠進(jìn)一步提高本文算法抗明文攻擊的能力。
　　本文對(duì)上述兩個(gè)算法分別進(jìn)行了模擬仿真實(shí)驗(yàn)，并對(duì)算法的安全性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，結(jié)果表明這兩個(gè)算法都能夠有效的抵抗明文攻擊、差分攻擊、統(tǒng)