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申请/专利权人：郑州轻工业大学

摘要：本发明提出了一种基于分块置乱和DNA运算的图像加密方法，步骤为：计算明文图像的哈希值并得到二维成对Logistic映射的初始值；二维成对Logistic映射进行迭代得到混沌序列；将明文图像分为四个频带，用不同的扫描模式对四个频带进行像素扫描置乱，得到图像矩阵P1；利用两个混沌矩阵通过位置乱对图像矩阵P1的每个像素值进行替换得到图像矩阵P2；把图像矩阵P2的像素值转换成四进制并分解为四个数字位平面；对四个数字位平面分别进行DNA编码、DNA异或操作得到碱基位平面；将碱基位平面进行DNA解码；利用两个混沌序列进行扩散得到密文图像。本发明在空间域、频域、空间域交替变换中进行置乱和扩散，打破了常规置乱的局限性，具有可行性和对各种攻击的抵抗能力以及良好的安全性和鲁棒性。

主权项：1.一种基于分块置乱和DNA运算的图像加密方法，其特征在于，其步骤如下：步骤一：将大小为M×N的明文图像P转化为图像矩阵P0；采用SHA-256算法计算图像矩阵P0的哈希值H，利用哈希值H得到二维成对Logistic映射的初始值x1、x2；步骤二：把初始值x1、x2带入二维成对Logistic映射进行迭代，得到混沌序列U和混沌序列V，对混沌序列U和混沌序列V进行截取和组合获得五个混沌序列X1、X2、X3、X4、X5；步骤三：通过二维DWT变换将输入的图像矩阵P0分为四个频带，对每个频带选择二维Hilbert曲线不同的扫描模式进行像素扫描置乱，把扫描路径上的像素按行排列在每个频带，将置乱后的四个频带进行二维IDWT变换，得到置乱后的图像矩阵P1；所述二维DWT变换为：对图像矩阵P0的每一行进行1D-DWT，获得原始图像在水平方向上的低频分量L和高频分量H，然后对低频分量L和高频分量H的每一列分别进行1D-DWT，获得图像矩阵P0的在水平和垂直方向上的低频分量为频带LL1、水平方向上的低频和垂直方向上的高频分量为频带LH1、水平方向上的高频和垂直方向上的低频分量为频带HL1以及水平和垂直方向上的高频分量为频带HH1；所述二维IDWT变换为：对变换结果的每一列进行1D-IDWT，再对变换所得数据的每一行进行1D-IDWT；所述二维Hilbert曲线为：把一个正方形等分成4个小正方形，依次从左下角的正方形中心出发往上到左上角的正方形中心，再往右到右上角的正方形中心，再往下到右下角的正方形中心，这样就完成了第一次迭代；根据图像的大小划分为单元，把每个单元连接起来，Hilbert曲线就能遍历整个图像；所述步骤三中进行像素扫描置乱的方法为：1利用每个频带对应的图像矩阵P0的像素值分别计算元素s1、s2、s3、s4的值，即 其中，Pi,j为图像矩阵P0的第i行第j列的元素值；2利用元素s1、s2、s3、s4分别选择频带LL1、频带HL1、频带LH1和频带HH1的扫描模式；3利用扫描模式对应的二维Hilbert曲线对图像矩阵P0的的像素位置进行置乱，得到置乱图像；所述二维Hilbert曲线的扫描模式分别为：模式1、模式2、模式3、模式4、模式5、模式6、模式7、模式8；且模式1为：从左上角作为起点，水平方向开始遍历；模式2为：从左上角作为起点，垂直方向开始遍历；模式3为：从右上角作为起点，水平方向开始遍历；模式4为：从右上角作为起点，垂直方向开始遍历；模式5为：从左下角作为起点，水平方向开始遍历；模式6为：从左下角作为起点，垂直方向开始遍历；模式7为：从右下角作为起点，垂直方向开始遍历；模式8为：从右下角作为起点，水平方向开始遍历；步骤四：对混沌序列X1和X2进行预处理分别得到序列X′1、X′2，将序列X′1、X′2分别转化成混沌矩阵T和混沌矩阵Q；把图像矩阵P1的每个像素值转化成八位二进制形式，利用混沌矩阵T和混沌矩阵Q通过位置乱对每个像素值的二进制形式进行替换，得到置乱的图像矩阵P2；步骤五：将混沌序列X3进行预处理得到序列X′3，并将序列X′3转化成DNA矩阵，将混沌序列U和混沌序列V用进行预处理，得到序列UD和VD；把图像矩阵P2中的像素值转换成四进制形式，并分解为四个数字位平面I；用序列UD来选择DNA编码的规则对四个数字位平面I分别进行DNA编码得到四个碱基位平面I，对四个碱基位平面I分别进行DNA异或操作得到四个碱基位平面II；利用序列VD来选择DNA解码规则，将四个碱基位平面II分别转换成四个数字位平面II，再将四个数字位平面II重新组合并转换成十进制，得到图像矩阵P3；步骤六：将混沌序列X4、X5进行预处理分别得到序列X′4、X′5，并将序列X′4、X′5分别转化成矩阵Y和矩阵Z，利用矩阵Y对图像矩阵P3进行正向扩散，利用矩阵Z对正向扩散后的矩阵进行反向扩散，得到密文图像C。

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