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，近幾十年來互聯(lián)網(wǎng)信息安全問題日趨嚴重，數(shù)字圖像的安全傳輸問題亟待解決，保護圖像信息的有效手段之一是對圖像進行加密。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計算的高度并行性、巨大的存儲量和低能耗等特點，DNA序列操作和混沌系統(tǒng)常被學(xué)者們結(jié)合起來應(yīng)用到加密當(dāng)中以提高算法的安全性。
　　本文首先簡要介紹了混沌理論和密碼學(xué)的基礎(chǔ)知識，然后介紹了新興的DNA計算和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的圓上距離來更新置亂過程和擴散過程的初始密鑰，這兩個距離都是根據(jù)明文內(nèi)容計算得出的。在擴散過程中，

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控制該過程所采用的DNA操作方式。為了進一步提高該算法的安全性和對明文的敏感性，我們對前一個輸出的擴散后的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三個通道進行了混合，使得破解者必須同時破解三個通道。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構(gòu)造三個S-Box，并利用Chen系統(tǒng)生成的剩余部分的密鑰流和S-Box來置亂三個通道。在擴散過程則根據(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像素，從而能夠進一步提高本文算法抗明文攻擊的能力。
　　本文對上述兩個算法分別進行了模擬仿真實驗，并對算法的安全性進行了詳細的分析，結(jié)果表明這兩個算法都能夠有效的抵抗明文攻擊、差分攻擊、統(tǒng)