基于云模型和超混沌系統(tǒng)的dna圖像加密方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于云模型和超混沌系統(tǒng)的DNA圖像加密方法及系統(tǒng)，其中方法包括以下步驟：將彩色圖像分解成三種顏色通道的圖像；將分解后的圖像轉(zhuǎn)化為二值矩陣，然后按照DNA序列的編碼準(zhǔn)則對(duì)二值矩陣進(jìn)行編碼；產(chǎn)生混沌序列，并利用排序數(shù)對(duì)混沌序列進(jìn)行排序操作；S4：選擇序列的索引值組合來置亂矩陣；將置亂的矩陣分成小塊；按照DNA序列的加法規(guī)則，將小塊相加；重新組合小塊，得到新的DNA序列矩陣，并解碼；調(diào)用云模型生成函數(shù)，得到新的三維序列值；S9：分別用序列值X和Y作為行列序號(hào)進(jìn)行像素位置調(diào)整，得到處理后的圖像；用序列值Z與處理后的圖像進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像out，再將out賦值給原圖。
【專利說明】
基于云模型和超混巧系統(tǒng)的DNA圖像加密方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及圖像加密領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加 密方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字圖像是目前最流行的多媒體形式之一，在政治、經(jīng)濟(jì)、國防、教育等方面均有 廣泛應(yīng)用。對(duì)于某些特殊領(lǐng)域，如軍事、商業(yè)和醫(yī)療，數(shù)字圖像還有較高的保密要求。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像保密，實(shí)際操作中一般先將二維圖像轉(zhuǎn)換成一維數(shù)據(jù)，再采用 傳統(tǒng)加密算法進(jìn)行加密。與普通的文本信息不同，圖像和視頻具有時(shí)間性、空間性、視覺可 感知性，還可進(jìn)行有損壓縮，運(yùn)些特性使得為圖像設(shè)計(jì)更加高效、安全的加密算法成為可 能。自上世紀(jì)90年代起，研究者利用運(yùn)些特性提出了多種圖像加密算法。總結(jié)起來，圖像加 密技術(shù)的概念是:利用數(shù)字圖像的特性設(shè)計(jì)加密算法，W提高加密的安全性和運(yùn)算效率的 一種技術(shù)。
[0004] 根據(jù)加密與解密中使用的密鑰情況，傳統(tǒng)的加密技術(shù)分為對(duì)稱加密與非對(duì)稱加 密，或稱為私鑰加密與公鑰加密。對(duì)稱加密指的是在加密與解密時(shí)使用相同的密鑰，并且密 鑰只有通信雙方知道;而非對(duì)稱加密中的加密密鑰與解密密鑰是不同的，加密密鑰是公開 的，任何人都可W知道，而解密密鑰只有解密者才有。
[0005] 從本質(zhì)上講，圖像在計(jì)算機(jī)中的表示仍然是數(shù)字，完全可W采用傳統(tǒng)的加密技術(shù) 對(duì)圖像文件進(jìn)行加密，但是由于圖像是用二維或=維數(shù)據(jù)格式進(jìn)行表示的，若采用傳統(tǒng)的 加密技術(shù)對(duì)圖像文件加密，加密時(shí)首先要把圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一維的，解密時(shí)還要把其轉(zhuǎn)換 為二維或=維數(shù)據(jù)。同時(shí)由于圖像數(shù)據(jù)還具有信息量大冗余度高的特性，因此采用上述方 法對(duì)圖像文件加密和解密，不但效率較低，而且安全性差。為了解決上述問題，國內(nèi)外學(xué)者 研究了許多專用的圖像加密方案。目前常見的圖像加密技術(shù)包括基于像素位置變換的加密 技術(shù)、基于隨機(jī)序列的加密技術(shù)、基于壓縮編碼的加密技術(shù)。
[0006] 目前所提出的算法在去強(qiáng)相關(guān)性、信息賭等方面具有良好性能，但是在抵抗差分 攻擊、已知明文攻擊、選擇明文攻擊、已知密文攻擊等攻擊時(shí)性能較差。因此，需要引入其它 理論或者提出新的算法增強(qiáng)抗強(qiáng)力攻擊的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)圖像文件加密和解密，不但效率 較低，而且安全性差的缺陷，提供一種高效且安全性高的基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖 像加密方法及系統(tǒng)。
[000引本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0009] 提供一種基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密方法，包括W下步驟：
[0010] SI:將彩色圖像A(m，n，3)分解成S種顏色通道的圖像，分別是紅R(m，n)，綠G(m，n) 和藍(lán)B(m，n)，其中m，n是圖像的長和寬；
[0011] 82:將3(111，11)、6(111，11)、8(111，11)轉(zhuǎn)化為二值矩陣，然后按照0魁序列的編碼準(zhǔn)則對(duì)二 值矩陣進(jìn)行編碼，最后得到3個(gè)已經(jīng)變換的矩陣R、G、B;
[001 ^ S3:在初始值xO，yO，zO，qO和超混濁Chen系統(tǒng)控制參數(shù)a，b，C，d，r的條件下，利用 化en混濁映射產(chǎn)生混濁序列分別是：
[0013] X = {xi,X2,X3, ... ,XmX2}y= {yi,y2,y3, ... ,ynX4}
[0014] Z = {zi,Z2,Z3,…，ZmX2}q= {qi,q2,q3,... ,qnX4}
[0015] 利用排序數(shù)對(duì)=條混濁序列x，y，z進(jìn)行排序操作：
[0016]
[0017] 其中[lx fx] = sod(x)是排序的索引函數(shù)，fx是對(duì)X升序排列后得到的新序列，Ix 是fx的索引值，Iy, Iz, Iq與Ix相同；
[0018] S4:根據(jù)下式，選擇序列x，y，z的索引值組合來置亂R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)，置亂 后所得矩陣為R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)
[0019]
[0020] S5:將置亂的3(1，如、6(1^)和8(1^)分成小塊，分別為肺(〇，0)、化(〇，0)和化(口， 6)，其中，日二 1,2,3......,i/4;0=l,2,3......, j ；
[0021] S6:按照DNA序列的加法規(guī)則，用W下方法將小塊肺、Gb和抓相加：
[0022]
[0023] S7:重新組合小塊抓、化和抓，得到3個(gè)新的DNA序列矩陣，R'、G'和B'，將R'、G'和B' 按照DNA解碼規(guī)則進(jìn)行解碼，得到3個(gè)矩陣R"、G"和B";
[0024] S8:輸入云模型的S個(gè)參數(shù)Ex、En、化，并調(diào)用云模型生成函數(shù)，得到S維云的S維 函數(shù)值X、y、Z，對(duì)第=維函數(shù)值Z取模，得到新的=維序列值X、Y、Z;
[0025] S9:分別用序列值X和Y作為行列序號(hào)對(duì)r、護(hù)、B"進(jìn)行像素位置調(diào)整，得到處理后 的圖像R"、G"、B";用序列值Z與R"、護(hù)、B"進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像out，再將out賦值給原圖。
[0026] 本發(fā)明還提供了一種基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密系統(tǒng)，包括：
[0027] 分解圖像模塊，用于將彩色圖像A(m，n，3)分解成=種顏色通道的圖像，分別是紅R (m，n)，綠G(m，n)和藍(lán)B(m，n)，其中m，n是圖像的長和寬；
[00%]轉(zhuǎn)換模塊，用于將3(111，11)、6(111，11)、8(111，11)轉(zhuǎn)化為二值矩陣，然后按照0魁序列的編 碼準(zhǔn)則對(duì)二值矩陣進(jìn)行編碼，最后得到3個(gè)已經(jīng)變換的矩陣R、G、B，大小都是m*n*4;
[0029] 混濁序列產(chǎn)生模塊，用于在初始值xO，yO，zO，qO和超混濁化en系統(tǒng)控制參數(shù)a，b， c，d，r的條件下，利用化en混濁映射產(chǎn)生混濁序列分別是：
[0030] X= {xi,X2,X3, ,XmX2}y = {yi,y2,y3, ,ynX4}
[0031 ] Z= {zi,Z2,Z3,…，ZmX2}q= {qi,Q2,q3, ... ,qnX4}
[0032] 利用排序數(shù)對(duì)=條混濁序列x，y，z進(jìn)行排序操作：
[0033]
[0034] 其中[lx fx] = sod(x)是排序的索引函數(shù)，fx是對(duì)X升序排列后得到的新序列，Ix 是fx的索引值，Iy, Iz, Iq與Ix相同；
[0035] 置亂模塊，用于根據(jù)下式，選擇序列x，y，z的索引值組合來置亂R(m，n)，G(m，n)，B (m，n)，置亂后所得矩陣為R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)
[0036]
[0037] 分塊模塊，用于將置亂的3(1，^、6(1^)和8(1^)分成小塊，分別為肺(〇，0)、加 (a，0)和抓(日，0)，其中，a = 1，2，3……，i/4;0二1，2，3……，j ;小塊的大小為4*4;
[0038] 小塊計(jì)算模塊，用于按照DNA序列的加法規(guī)則，用W下方法將小塊肺、化和抓相加：
[0039]
[0040] 解碼模塊，用于重新組合小塊郵、加和化，得至lj3個(gè)新的DNA序列矩陣，R'、G'和B'， 將R'、G'和B'按照DNA解碼規(guī)則進(jìn)行解碼，得到3個(gè)矩陣R"、護(hù)和B";
[0041] 云模型生產(chǎn)模塊，用于輸入云模型的S個(gè)參數(shù)Ex、En、化，并調(diào)用云模型生成函數(shù)， 得到=維云的=維函數(shù)值x、y、z，對(duì)第=維函數(shù)值Z取模，得到新的=維序列值X、Y、Z;
[0042] 加密模塊，用于分別用序列值X和Y作為行列序號(hào)對(duì)r、G"、B"進(jìn)行像素位置調(diào)整， 得到處理后的圖像r、護(hù)、B";用序列值Z與r、護(hù)、B"進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像out,再將out 賦值給原圖。
[0043] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密算法， 采用超混濁化en系統(tǒng)進(jìn)行置亂，使得置亂效果更具有復(fù)雜的混濁特性。利用云模型隨機(jī)性 的特點(diǎn)，得到=維云模型，分別對(duì)圖像進(jìn)行像素位置和像素值置亂，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字圖像的雙 重置亂。與已有算法相比，該算法將DNA編碼的圖像置亂的兩類算法相結(jié)合，彌補(bǔ)了已有算 法雙重置亂方面的欠缺，有效地提高了置亂程度和效率。
【附圖說明】
[0044] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：
[0045] 圖Ia為本發(fā)明實(shí)施例用Matlab仿真得到超混濁化en系統(tǒng)的X相位與Y相位的相圖；
[0046] 圖化為本發(fā)明實(shí)施例用Matlab仿真得到超混濁化en系統(tǒng)的X相位與Z相位的相圖；
[0047] 圖Ic為本發(fā)明實(shí)施例用Matlab仿真得到超混濁化en系統(tǒng)的Y相位與Z相位的相圖； [004引圖Id為本發(fā)明實(shí)施例用Matlab仿真得到超混濁化en系統(tǒng)的X相位、Y相位與Z相位 圖的相圖，即Chen超混濁系統(tǒng)的S維投影圖；
[0049] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密算法流程圖；
[0050] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051 ]圖4a是本發(fā)明實(shí)施例的待加密原圖；
[0化2]圖4b是圖4a經(jīng)加密的圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0053] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用W解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0054] 本發(fā)明基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密算法，依據(jù)數(shù)字圖像位平面的相 關(guān)理論知識(shí)，提出了 DNA位矩陣，利用不同位DNA矩陣攜帶原圖像的信息比率不同的特性，增 強(qiáng)了抗噪聲攻擊的能力。
[0055] 在說明具體算法之前先介紹圖像的DNA編解碼W及云模型。
[0056] 圖像的DNA編碼和解碼
[0057] -個(gè)鏈DNA，由四個(gè)不同的基本核巧酸組成：腺嚷嶺(A)、胸腺喀晚（T)、胞喀晚（C) 和鳥嚷嶺(G)，運(yùn)4種核巧酸能夠結(jié)合在一起形成一條長序列，且A與T配對(duì)，C與G配對(duì)。通過 規(guī)定A、C、G、T分別編碼為00,01，10，11，運(yùn)樣的編碼方案有24種，但只有8種編碼方案滿足 Watson-Crick 規(guī)則，如表 1。假設(shè)規(guī)定 A-OCKT-Ol、C-10、G-11，如二進(jìn)制序列101 10100，DNA 序列可W與成GTCA。
[005引表1 DNA序列的8種編碼映射規(guī)則 [0化9]
[0060] DNA序列的加減代數(shù)運(yùn)算
[0061] 隨著DNA計(jì)算的飛速發(fā)展，一些研究人員提出基于DNA序列的某些生物學(xué)操作和代 數(shù)運(yùn)算，如加法運(yùn)算。DNA序列加法和減法運(yùn)算是源于在傳統(tǒng)二進(jìn)制中加法和減法。
[0062] 對(duì)應(yīng)于8種DNA編碼方案，也存在8種DNA加法運(yùn)算和8種DNA減法運(yùn)算。如表2-3所 示，從中可看出任何一個(gè)基因在每行或列中是唯一的，即加法運(yùn)算和減法運(yùn)算的結(jié)果有且 只有一個(gè)。
[0063] 表2 DNA序列的加法運(yùn)算
[0064]
[00 化]
[0066]
[0067]
[0068] 超混濁化en系統(tǒng)的系統(tǒng)模型
[0069] 超混濁系統(tǒng)的一般定義如下：具有四維或四維W上的微分方程系統(tǒng)，并且至少有 兩個(gè)或兩個(gè)W上正的Lyapunov指數(shù)。2004年,Li等通過設(shè)計(jì)非線性狀態(tài)反饋控制器從化en 系統(tǒng)中得到了超混濁系統(tǒng)，并對(duì)其動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究。超混濁化en系統(tǒng)的無量綱動(dòng)力 學(xué)方程式描述如下：
[0070]
[0071] 系統(tǒng)中x，y，z和U為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，a，b，c，d，r為系的控制參數(shù)，當(dāng)參數(shù)a = 35，b = 3，c=12，d = 7和0《r《0.085時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)為混濁運(yùn)動(dòng)。當(dāng)a = 35，b = 3，c = 12，d = 7和 0.085《r《0.79別寸，系統(tǒng)表現(xiàn)為超混濁運(yùn)動(dòng)(本發(fā)明實(shí)施例即基于系統(tǒng)的超混濁運(yùn)動(dòng)）。當(dāng) 曰=35,6 = 3，。= 12，(1 = 7和0.798《'《0.90時(shí)，系統(tǒng)表現(xiàn)為周期性運(yùn)動(dòng)。
[0072] 對(duì)于超混濁畑en系統(tǒng)，選取系統(tǒng)的參數(shù)3 = 35,6 = 3，。= 28，(1 = 7和0.085《'《 0.798。取r = 0.6，x，y，z，u分別取初值 1,1.1,1.2,1.3,步長0.01，計(jì)算 10000點(diǎn)，用Matlab仿 真得到該系統(tǒng)的相圖，如圖la、lb、lc和Id所示。
[0073] 云模型
[0074] 云是用語言值表示的某個(gè)定性概念與其定量表示之間的不確定性轉(zhuǎn)換模型。它主 要反映客觀世界中事物或人類知識(shí)中概念的兩種不確定性:模糊性(邊界的亦此亦彼性)和 隨機(jī)性(發(fā)生的概率），并把二者完全集成在一起，構(gòu)成定性和定量相互間的映射。因?yàn)樵跀?shù) 域空間中，云既不是一個(gè)確定的概率密度函數(shù)，也不是一條明晰的隸屬曲線，而是一朵可伸 縮、無邊沿、有彈性、近視無邊、遠(yuǎn)觀像云的一對(duì)多的數(shù)學(xué)映射圖象，與自然現(xiàn)象中的云有著 相似的不確定性質(zhì)，所W借用"云"來命名運(yùn)個(gè)數(shù)據(jù)一一概念之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換理論。
[00巧]設(shè)U是一個(gè)用精確數(shù)值表示的定量論域，，:T是U空間上的定性概念，若元素 X (X G X)對(duì)T的隸屬的確定度CT(X) G [0，1 ]是一有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)，則概念T從論域U到區(qū) 間[0，1 ]的映射在數(shù)域空間的分布，稱為云(Cloud)。
[0076] CT(x):U^[0，UV.v'e-'Y(；src(-/)x^CT(x)
[0077] 運(yùn)個(gè)定義還可W推廣到N維云。即若U是N維論域，X G U，則N維元素 X = (xl，x2，…， xn)(X G X)對(duì)T的隸屬的確定度CT(X) G [0，1 ]也是一有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)。由此，如果在給 定論域的數(shù)域空間中，X為(xl，x2,…，xn)，那么一個(gè)云滴的嚴(yán)格表達(dá)，應(yīng)為一個(gè)由自變量的 論域空間坐標(biāo)及其對(duì)概念的確定度的數(shù)值對(duì)，即：
[007引 CloudConceptTerm[Ex(x) ,En(X) ,He(X)] |xU(論域空間坐標(biāo)，確定度）
[0079] 本發(fā)明的基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密算法具體包括W下步驟：
[0080] SI:將彩色圖像A(m，n，3)分解成S種顏色通道的圖像分別是紅R(m，n)，綠G(m，n)， 藍(lán)B(m，n)，其中m，n是圖像的長和寬；圖像A(m，n，3)如圖4a所示；
[0081 ] 82:將3(111，11)、6(111，11)、日(111，11)轉(zhuǎn)化為二值矩陣，然后按照第巧巾編碼規(guī)則對(duì)二值矩 陣進(jìn)行編碼，最后得到3個(gè)已經(jīng)變換的矩陣R、G、B，大小都是(m*n*4)
[0082] 表1 DNA序列的編碼準(zhǔn)則
[0083]
[0084] S3:在初始值xO，yO，zO，qO和系統(tǒng)參數(shù)a，b，C，d，!的條件下，利用化en混濁映射產(chǎn) 生混濁序列分別是：
[0085] X = { Xl , X2 , X3 , ? , XmX2 } Y = { Yl, 72,73 , ''' , ynX4}
[0086] Z = {zi,Z2,Z3,…，ZmX2}q= {qi,q2,q3,... ,qnX4}
[0087] 利用排序數(shù)對(duì)=條混濁序列x，y，z進(jìn)行排序操作：
[008引
[0089]其中[Ix fx] = sod(x)是排序的索引函數(shù)，fx是對(duì)X升序排列后得到的新序列，Ix 是fx的索引值，ly，lz，lq與lx相同。即[ly fy]=sod(y)是排序的索引函數(shù)，fy是對(duì)y升序 排列后得到的新序列，ly是fy的索引值；[Iz fz] = sod(z)是排序的索引函數(shù)，fz是對(duì)Z升 序排列后得到的新序列，Iz是fz的索引值；[Iz fz] = SOd(Z)是排序的索引函數(shù)，fZ是對(duì)Z 升序排列后得到的新序列，Iz是fz的索引值。
[0090] S4:根據(jù)下式，選擇序列x，y，z的索引值組合來置亂R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)，置亂 后所得巧陳 .n) .rT(m.n).R(m.n)
[0091]
[0092] S5:將置亂的 3(1^)、6。，^、8(1^)分成小塊，肺(〇，0)、66(〇，0)和化(〇，0)，其 中，日=1，2，3......，i/4;0二 1，2，3......，j ;小塊的大小為4*4
[0093] S6:按照DNA序列的加法規(guī)則，用W下方法將肺，Gb，抓的塊相加：
[0094]
[00巧]S7:重新組合小塊抓、Gb、抓，得到3個(gè)新的DNA序列矩陣，R'、G'、B'，
[0096] 將R'、G'、B'按照第4種DNA解碼規(guī)則進(jìn)行解碼，得到3個(gè)矩陣R"、G"、B";
[0097] S8:輸入云模型的S個(gè)參數(shù)(作為二次置亂密鑰，可由用戶定義）：Ex = 0、化=1、化 = 0.02,由此調(diào)用云模型生成函數(shù)（云發(fā)生器），類似一維云得到S維云的S維函數(shù)值x、y、 Z。對(duì)第=維函數(shù)值Z取模，得到新的=維序列值X、Y、Z。利用云發(fā)生器，可進(jìn)行二次置換，W 保護(hù)采取的DNA編碼解碼方式。其中，期望Ex:云滴在論域空間分布的期望，是最能夠代表定 性概念的點(diǎn)，是運(yùn)個(gè)概念量化的最典型樣本。賭化："賭"運(yùn)一概念最初是作為描述熱力學(xué)的 一個(gè)狀態(tài)參量，此后又被引入統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、信息論、復(fù)雜系統(tǒng)等，用W度量不確定的程度。在 云模型中，賭代表定性概念的可度量粒度，賭越大，通常概念越宏觀，也是定性概念不確定 性的度量，由概念的隨機(jī)性和模糊性共同決定。一方面，En是定性概念隨機(jī)性的度量，反映 了能夠代表運(yùn)個(gè)定性概念的云滴的離散程度;另一方面，又是定性概念亦此亦彼性的度量， 反映了在論域空間可被概念接受的云滴的取值范圍。用同一個(gè)數(shù)字特征來反映隨機(jī)性和模 糊性，也必然反映他們之間的關(guān)聯(lián)性。超賭化:賭的不確定性度量，即賭的賭，由賭的隨機(jī)性 和模糊性共同決定。反映了每個(gè)數(shù)值隸屬運(yùn)個(gè)語言值程度的凝聚性，即云滴的凝聚程度。超 賭越大，云的離散程度越大，隸屬度的隨機(jī)性也隨之增大，云的厚度也越大。
[009引S9:分別用X和Y序列的值作為行列序號(hào)對(duì)r、護(hù)、B"進(jìn)行像素位置調(diào)整，得到處理 后的圖像r、護(hù)、B";用Z序列值與r、護(hù)、B"進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像out,再將out賦值給原 圖，即原彩色圖像A(m，n，3)。加密后如圖4b所示。利用產(chǎn)生的云序列，再次構(gòu)造 DNA S-box， 能有效的抵擋差分攻擊、已知明文攻擊和選擇明文攻擊。
[0099] 本發(fā)明實(shí)施例基于云模型和超混濁系統(tǒng)的DNA圖像加密系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施 例的加密方法，如圖3所示，具體包括：
[0100] 分解圖像模塊，用于將彩色圖像A(m，n，3)分解成=種顏色通道的圖像，分別是紅R (m，n)，綠G(m，n)和藍(lán)B(m，n)，其中m，n是圖像的長和寬；
[0101] 轉(zhuǎn)換模塊，用于將3(111，11)、6(111，11)、8(111，11)轉(zhuǎn)化為二值矩陣，然后按照0魁序列的編 碼準(zhǔn)則對(duì)二值矩陣進(jìn)行編碼，最后得到3個(gè)已經(jīng)變換的矩陣R、G、B，大小都是m*n*4;
[0102] 混濁序列產(chǎn)生模塊，用于在初始值xO，yO，zO，qO和超混濁化en系統(tǒng)控制參數(shù)a，b， c，d，r的條件下，利用化en混濁映射產(chǎn)生混濁序列分別是：
[0103] X = {xi,X2,X3, ... ,XmX2}y= {yi,y2,y3, ... ,ynX4}
[0104] Z = {zi,Z2,Z3,…，ZmX2}q= {qi,q2,q3,... ,qnX4}
[0105] 利用排序數(shù)對(duì)=條混濁序列x，y，z進(jìn)行排序操作：
[0106]
[0107] 其中[lx fx] = sod(x)是排序的索引函數(shù)，fx是對(duì)X升序排列后得到的新序列，Ix 是fx的索引值，Iy, Iz, Iq與Ix相同；
[0108] 置亂模塊，用于根據(jù)下式，選擇序列x，y，z的索引值組合來置亂R(m，n)，G(m，n)，B (m，n)，置亂后所得矩陣為R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)
[0109]
[0110] 分塊模塊，用于將置亂的3(1，^、6(1^)和8(1^)分成小塊，肺(〇，0)、66(〇，0)和 抓(日，e)，其中，日=1，2,3……，i/4;e=l，2,3……J;小塊的大小為4*4;
[0111] 小塊計(jì)算模塊，用于按照DNA序列的加法規(guī)則，用W下方法將小塊肺、化和抓相加：
[0112]
[0113] 解碼模塊，用于重新組合小塊化、加和化，得到3個(gè)新的DNA序列矩陣，R'、G'和B'， 將R'、G'和B'按照DNA解碼規(guī)則進(jìn)行解碼，得至Ij3個(gè)矩陣R"、護(hù)和護(hù)；
[0114] 云模型生產(chǎn)模塊，用于輸入云模型的S個(gè)參數(shù)Ex、En、化，并調(diào)用云模型生成函數(shù)， 得到=維云的=維函數(shù)值x、y、z，對(duì)第=維函數(shù)值Z取模，得到新的=維序列值X、Y、Z;
[0115] 加密模塊，用于分別用序列值X和Y作為行列序號(hào)對(duì)r、G"、B"進(jìn)行像素位置調(diào)整， 得到處理后的圖像r、護(hù)、B";用序列值Z與r、護(hù)、B"進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像out,再將out 賦值給原圖。
[0116] 應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可W根據(jù)上述說明加 W改進(jìn)或變換， 而所有運(yùn)些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于云模型和超混沌系統(tǒng)的DNA圖像加密方法，其特征在于，包括以下步驟： SI:將彩色圖像A(m，n，3)分解成三種顏色通道的圖像，分別是紅R(m，n)，綠G(m，n)和藍(lán) B(m，n)，其中m，n是圖像的長和寬； S2:將R(m，n)、G(m，η)、B(m，η)轉(zhuǎn)化為二值矩陣，然后按照DNA序列的編碼準(zhǔn)則對(duì)二值矩 陣進(jìn)行編碼，最后得到3個(gè)已經(jīng)變換的矩陣R、G、B; S3:在初始值xO，yO，zO，qO和超混純Chen系統(tǒng)控制參數(shù)a，b，c，d，r的條件下，利用Chen 混沌映射產(chǎn)生混沌序列分別是： X= {xi，X2，X3,…，XmX2)r= {yi，y2，y3,…，ynX4} Z = {zi，Z2，Z3，…，ZmX2}q = {qi，q2，q3，…，qnX4} 利用排序數(shù)對(duì)三條混沌序列X，y，Z進(jìn)行排序操作： [/..V, /.v] = sori(x) Uy^Jy] = '< [/z, fz] - sort(z) [!q.fy] = sort(q) 其中[lx fx] = sort(x)是排序的索引函數(shù)，fx是對(duì)x升序排列后得到的新序列，lx是fx 的索引值，Iy，Iz，Iq與Ix相同； S4:根據(jù)下式，選擇序列x，y，z的索引值組合來置亂R(m，n)，G(m，n)，B(m，n)，置亂后所 得矩陣為R(m，n)，G(m，n)，B(m，n) 'R(IxU)Jy( J)) ^ G(i\ j) <-> G(/z(/), A'(./)). I ^ ^ n S5:將置亂的以丨，」）、6(丨，」）和8(丨，」）分成小塊，分別為肋(€[#)、613(€ [#)和肋(€[，后）， 其中，α = 1，2,3……，?/4;β=1，2,3……，j; S6:按照DNA序列的加法規(guī)則，用以下方法將小塊Rb、Gb和Bb相加： '^ Rbii, j} + RbUxiilhi j)}: < Gb\i/} <- Gh{i, j\~Gb\Ix{i)J.q{ j)}·, ^ BbU\ j] +- Rl?/y(i)j'(/{j)} ; S7:重新組合小塊Bb、Gb和Bb，得到3個(gè)新的DNA序列矩陣，R'、G'和B'，將R'、G'和B'按照 DNA解碼規(guī)則進(jìn)行解碼，得到3個(gè)矩陣R"、G"和B" ； S8:輸入云模型的三個(gè)參數(shù)EX、En、He，并調(diào)用云模型生成函數(shù)，得到三維云的三維函數(shù) 值X、y、z，對(duì)第三維函數(shù)值z取模，得到新的三維序列值X、Y、Z; S9:分別用序列值X和Y作為行列序號(hào)對(duì)R"、G"、B"進(jìn)行像素位置調(diào)整，得到處理后的圖 像R"、G"、B" ；用序列值Z與R"、G"、B"進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像out，再將out賦值給原圖。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，超混沌Chen系統(tǒng)的無量綱動(dòng)力學(xué)方程式描 述如下：系統(tǒng)中X，y，Z和u為系統(tǒng)的狀態(tài)變量，X，y，Z，u分別取初值I，I. I，1.2，1.3，步長O. Ol，計(jì) 算 10000點(diǎn)，控制參數(shù)a = 35，b = 3，c = 12，d = 7,0.085<k<0.798。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，DNA序列的編碼準(zhǔn)則如下表：其中一個(gè)鏈DNA，由四個(gè)不同的基本核苷酸組成：腺嘌呤A、胸腺嘧啶T、胞嘧啶C和鳥嘌 呤G，步驟S2中采用規(guī)則3對(duì)二值矩陣進(jìn)行編碼，步驟S7中將R'、G'、B'按照相應(yīng)的DNA解碼規(guī) 則進(jìn)行解碼。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S8中，云模型中的三個(gè)參數(shù):Ex = 0、En = KHe = O.02〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，DNA序列的加法規(guī)則為：6. -種基于云模型和超混沌系統(tǒng)的DNA圖像加密系統(tǒng)，其特征在于，包括： 分解圖像模塊，用于將彩色圖像A(m，n，3)分解成三種顏色通道的圖像，分別是紅R(m， η)，綠G(m，n)和藍(lán)B(m，n)，其中m，n是圖像的長和寬； 轉(zhuǎn)換模塊，用于將以111，11)、6(111，11)、8(111，11)轉(zhuǎn)化為二值矩陣，然后按照0嫩序列的編碼準(zhǔn) 則對(duì)二值矩陣進(jìn)行編碼，最后得到3個(gè)已經(jīng)變換的矩陣R、G、B，大小都是m*n*4; 混純序列產(chǎn)生模塊，用于在初始值x〇，y〇，zO，qO和超混純Chen系統(tǒng)控制參數(shù)a，b，c，d，r 的條件下，利用Chen混沌映射產(chǎn)生混沌序列分別是： X= {xi，X2，X3,…，XmX2)r= {yi，y2，y3,…，ynX4} Z = {zi，Z2，Z3，…，ZmX2}q = {qi，q2，q3，…，qnX4} 利用排序數(shù)對(duì)三條混沌序列X，y，Z進(jìn)行排序操作： [/.V, /.V] = Λ(；Γ?(.ν) /V] = .SWi(V) [h" /=] = sort(z) [lq,fq] = sort{q) 其中[lx fx] = sort(x)是排序的索引函數(shù)，fx是對(duì)x升序排列后得到的新序列，lx是fx 的索引值，Iy，Iz，Iq與Ix相同； 置亂模塊，用于根據(jù)下式，選擇序列x，y，z的索引值組合來置亂R(m，n)，G(m，n)，B(m， η)，置亂后所得矩陣為R(m，n)，G(m，n)，B(m，n) R(i\ /) <r^· R(ix{i),/} { /)) < C7(/, /) Cr(lz(j)j'v( j)),\ < i < m, I < / < n B(i, j) B{ix(i) Jq( j)) 分塊模塊，用于將置亂的以1」）、6(1，」）和8(1」）分成小塊，分別為仙(<1，0)、613(( 1，0) 和ΒΜα，β)，其中，α = 1，2,3……，?/4;β=1，2,3……，j ;小塊的大小為4*4; 小塊計(jì)算模塊，用于按照DNA序列的加法規(guī)則，用以下方法將小塊Rb、Gb和Bb相加： Rb{i.,J\ Rb\i, j\ +RhihiOMJyr^ GbiJ, j I Gh{i, j! + Gb\lx( /), /c/( /') j; <- Bh\i, j} + Rh\ly(i)Jq{j)}\ 解碼模塊，用于重新組合小塊Bb、Gb和Bb，得到3個(gè)新的DNA序列矩陣，R'、G'和B'，將R'、 G'和B'按照DNA解碼規(guī)則進(jìn)行解碼，得到3個(gè)矩陣R"、G"和B" ； 云模型生產(chǎn)模塊，用于輸入云模型的三個(gè)參數(shù)EX、En、He，并調(diào)用云模型生成函數(shù)，得到 三維云的三維函數(shù)值X、y、z，對(duì)第三維函數(shù)值z取模，得到新的三維序列值X、Y、Z; 加密模塊，用于分別用序列值X和Y作為行列序號(hào)對(duì)R"、G"、B"進(jìn)行像素位置調(diào)整，得到 處理后的圖像R"、G"、B" ；用序列值Z與R"、G"、B"進(jìn)行異或運(yùn)算，得到圖像out，再將out賦值 給原圖。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK106023051SQ201610297031
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月6日
【發(fā)明人】熊盛武, 鄭文博, 段鵬飛, 于笑寒, 周姜煒
【申請人】武漢理工大學(xué)