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结合DNA编码的快速混沌图像加密算法

东北大学学报（自然科学版） 2021年第10期42卷 1391-1399页

作者：周红亮刘洪娟东北大学软件学院辽宁沈阳110169

针对现有图像加密算法的加密、解密速度问题,提出了一种与DNA编码相结合的快速图像加密算法,采用新4维混沌系统产生的混沌序列作为索引序列,指明置乱过程中要交换的具体位置.对置乱后的图像进行DNA编码,采用规则1的dna加法法则和dna异... 详细信息

针对现有图像加密算法的加密、解密速度问题,提出了一种与DNA编码相结合的快速图像加密算法,采用新4维混沌系统产生的混沌序列作为索引序列,指明置乱过程中要交换的具体位置.对置乱后的图像进行DNA编码,采用规则1的dna加法法则和dna异或法则完成扩散过程后,再用不同的规则进行dna解码,从而完成二次加密.实验结果表明:本文提出的方法在保证图像加密系统安全的同时,减少了置乱过程中循环遍历的次数,从而提升了加密和解密的速度.

关键词：图像加密 DNA编码置乱扩散混沌系统

一种动态密钥与dna交错编码的多图像加密算法

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电讯技术 2023年第4期63卷 529-535页

作者：陈善学杜文正任丽丹重庆邮电大学信息与通信工程学院重庆400065

针对目前多图像加密算法中置乱效果不佳、DNA编码模式固定及密钥更新方式实用性低等问题,提出了一种基于动态密钥更新与dna动态交错编码的加密方案。首先,设计了一种利用SHA-256的动态密钥更新方案,通过限制新密钥中的明文信息量摆脱一... 详细信息

针对目前多图像加密算法中置乱效果不佳、DNA编码模式固定及密钥更新方式实用性低等问题,提出了一种基于动态密钥更新与dna动态交错编码的加密方案。首先,设计了一种利用SHA-256的动态密钥更新方案,通过限制新密钥中的明文信息量摆脱一次一密的密钥系统。其次,改进了三维循环移位置乱方法,并以此降低明文中的相关性。随后,根据混沌序列动态选取DNA编码规则及编码顺序,并在此基础上将图像矩阵逐像素动态交错编码为dna序列。最后,将编码后的dna序列与给定序列进行碱基运算完成对明文图像的加密。仿真实验表明,该算法密文图像的相关性可低至10-3,全局信息熵可达7.9994。该算法能抵挡各种攻击方式,具有较高安全性。

关键词：图像加密 Lorenz超混沌系统 DNA编码三维循环移位

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基于压缩感知和DNA编码的图像加密算法

计算机工程与科学 2022年第9期44卷 1574-1582页

作者：邓文博刘帅刘福才黄茹楠燕山大学工业计算机控制工程河北省重点实验室河北秦皇岛066004

针对传统图像加密算法安全性能差和传输效率低等问题,提出了一种基于压缩感知CS和DNA编码相结合的图像压缩加密算法。首先,采用CS对待加密图像进行预处理,在预处理过程中由克罗内克积KP构造测量矩阵并按比例缩小原始图像。接着,利用超混... 详细信息

针对传统图像加密算法安全性能差和传输效率低等问题,提出了一种基于压缩感知CS和DNA编码相结合的图像压缩加密算法。首先,采用CS对待加密图像进行预处理,在预处理过程中由克罗内克积KP构造测量矩阵并按比例缩小原始图像。接着,利用超混沌Bao系统产生的混沌序列动态控制DNA编码、解码和运算方式,对压缩图像进行加密和解密。最后,通过重构算法得到重构图像。该算法最大限度地利用了超混沌Bao系统产生的混沌序列,通过将生成的混沌序列整数化,对原始图像进行dna扩散操作。仿真实验和结果分析表明,该算法能有效提高图像的传输效率和安全性。

关键词：图像加密压缩感知 DNA编码超混沌系统

基于混沌压缩感知和DNA编码的多图像加密算法

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无线电工程 2022年第3期52卷 476-483页

作者：杜鑫昌高瑜翔曹远杰涂雅培吴美霖成都信息工程大学通信工程学院(微电子学院) 四川成都610225

为了解决现有图像加密算法处理后的密文图像在传存储过程中带宽利用率低、占据较大的存储空间等问题,提出了一种新的基于混沌压缩感知和DNA编码的多图像加密算法,可同时对多幅图像进行压缩加密为一幅密文图像。通过SHA-256安全散列算法... 详细信息

为了解决现有图像加密算法处理后的密文图像在传存储过程中带宽利用率低、占据较大的存储空间等问题,提出了一种新的基于混沌压缩感知和DNA编码的多图像加密算法,可同时对多幅图像进行压缩加密为一幅密文图像。通过SHA-256安全散列算法产生内部密钥,实行一次一密,极大地提高了算法的安全性。相比于传统加密算法,密文图像空间利用率提高了约87.5%,平均每幅复原图像的峰值信噪比达26.42,复原图像的细节仍清晰可见。密文图像像素改变率(UACI)与统一平均变化程度(NPCR)分别达到33.75%和99.81%,接近于理论值。提出的多图像压缩加密算法具有较好的压缩性和安全性。

关键词：多图像加密压缩感知混沌 DNA编码 SHA-256

基于双混沌系统与dna动态编码的医学图像加密算法

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国外电子测量技术 2023年第8期42卷 124-131页

作者：何纪辉王倩赵瑛内蒙古科技大学信息工程学院包头014010

针对现有医学图像加密算法信息分散能力偏弱、安全性能偏低等问题,提出了一种基于双混沌结构、dna动态编码和分块扩散的医疗数位影像传输协定(digital imaging and communications in medicine,DICOM)医学图像加密算法。设计出一种新的... 详细信息

针对现有医学图像加密算法信息分散能力偏弱、安全性能偏低等问题,提出了一种基于双混沌结构、dna动态编码和分块扩散的医疗数位影像传输协定(digital imaging and communications in medicine,DICOM)医学图像加密算法。设计出一种新的三维超混沌系统并引入超混沌Chen系统构成双混沌迭代生成体系,避免单一系统遭到逆向解构分析从而被破解的风险。优化DNA编码机制,与混沌序列相结合,实现动态规则的DNA编码,提高算法的抗解码能力。此外,在扩散阶段对矩阵信息进行分块并采用类Zigzag式循环遍历法对像素信息逐位处理。经各项安全性分析实验,证明密文图像在统计特性、信息熵、密钥敏感性及空间大小等方面具备良好的加密性能并拥有较高的安全性,在医学图像加密领域中具备一定的前景。

关键词：图像加密混沌系统 DNA编码医学图像

基于混沌系统和DNA编码的图像加密算法研究

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基于混沌系统和DNA编码的图像加密算法研究

作者：赵桥中北大学

学位级别：硕士

随着互联网、5G技术、云仓储等高新技术的发展,数字化图像已经成为各行各业不可或缺的一部分,为了确保图像信息的安全传输,对图像加密技术的研究成为了信息安全领域的一项重要任务。数字图像具有像素间关联性强、冗余程度高等特点,传统... 详细信息

随着互联网、5G技术、云仓储等高新技术的发展,数字化图像已经成为各行各业不可或缺的一部分,为了确保图像信息的安全传输,对图像加密技术的研究成为了信息安全领域的一项重要任务。数字图像具有像素间关联性强、冗余程度高等特点,传统的图像加密技术已经满足不了数字图像的加密需求。混沌系统和DNA编码则因为其优良的特性,刚好能应用于图像加密领域,可以很好地解决数字图像的加密问题。基于此,针对现阶段图像加密的发展现状和不同用户的加密需求,分别提出了以下三种基于不同混沌系统和DNA编码的加密算法,保证了图像加密过程中的安全性,主要内容如下:(1)在一维Logistic混沌映射的基础上进行改进,得到一种基于一维分段Logistic混沌映射和DNA编码的图像加密算法。该算法在一维Logistic混沌映射的基础上进行改进,将Logistic混沌映射进行分段,使系统可以更快进入混沌状态,提升了加密速度。通过仿真实验证明,这种算法的密钥空间较大,加密速度快,算法复杂度低,可以满足用户的基本安全需求,比如人们的日常交流。(2)提出一种基于三维Lorenz混沌映射和动态DNA编码的图像加密算法。该算法在算法1的基础上进行了两点改进,将一维Logistic混沌系统升级为三维Lorenz混沌系统,提高了系统的稳定性和安全性;动态DNA编码则进一步增加了编码运算的多样性,让加密过程更安全。通过仿真实验证明,该算法密钥空间大,加密速度较快,相关性系数较小,有良好的抗噪声特性,能满足用户的较高安全需求,比如一些公司和企业。(3)提出基于Chen超混沌系统和动态DNA编码的彩色图像加密算法。该算法在算法2的基础上有两点升级和改进,将多维Lorenz混沌系统升级为Chen超混沌系统,系统更加稳定,加密效果更好;将传统灰度数字图像的加密算法扩展至彩色数字图像,应用范围也更广泛。通过仿真实验结果以及和其他算法的比较分析,该算法和其他的算法相比,密钥空间更大,相关性系数极小,有良好的抗噪声和抗剪切性能,能满足用户很高的安全需求,比如一些特殊单位。

关键词：信息安全图像加密混沌系统 DNA编码

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基于DNA编码的多图像加密算法

基于DNA编码的多图像加密算法

作者：田婧希中国矿业大学

学位级别：硕士

大数据时代,万物互联将成为时代主流。通过网络传递各类海量信息,对网络传输信息的安全和效率提出了更高的要求。高效且安全的数字图像加密算法亟需提出以保护个人、社会乃至国家的隐私安全。脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,dna)... 详细信息

大数据时代,万物互联将成为时代主流。通过网络传递各类海量信息,对网络传输信息的安全和效率提出了更高的要求。高效且安全的数字图像加密算法亟需提出以保护个人、社会乃至国家的隐私安全。脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,dna)具有的生物学特性使其能有效提高加密算法性能。同时,混沌理论在密码学中占据着不可或缺的地位。因此,设计dna快速编码来提高DNA编码速度,并在此基础上提出两种多图像加密算法,以改善多图像加密算法性能。主要研究内容如下:(1)提出一种受假脱机系统启发的快速DNA编码算法。首先,在进行DNA编码、解码操作前,预先计算对应于256个不同像素值的碱基组合并将其预存储于计算机内存或硬盘中;其次,在进行相应的DNA编码或解码操作时,直接从碱基组合矩阵中调用数据,从而避免大量的重复计算;最后,调整生成矩阵的大小,可得最终的编码、解码结果。实验分析表明:对一幅大小为2048×2048的图像,通过牺牲16KB的磁盘空间,编码时间可从1.2397秒提高到0.1289秒。因此,该算法可显著提高DNA编码和解码速度,将在一定程度上推动dna计算在图像加密领域的推广和应用。(2)提出一种基于遗传中心法则的多图像加密算法。首先,对k幅原始图像进行二进制格式的转换,并调整尺寸为三维位矩阵;其次,通过位平面的旋转和位平面之间的置换,实现在位平面上图像的置乱;再次,将置乱的结果进行DNA编码,并模仿遗传中心法则和引入RNA变异实现扩散操作;最后,通过RNA解码得到最终的加密图像。实验分析表明:该算法密钥空间大小可达2,加密大小为512×512的图像时间控制在0.9秒以内,具有强鲁棒性,足够抵御差分攻击、裁剪攻击、噪声攻击与选择明文攻击等常见攻击方式。(3)提出一种基于dna卷积的多图像加密算法。首先,利用设计的一维指数正弦逻辑映射生成相应的混沌序列;其次,对多幅原始图像进行快速DNA编码;再次,利用混沌序列同时置乱多个DNA编码图像;从次,利用设计的dna卷积结合多种dna操作实现图像的扩散;最后,通过快速dna解码得到最终的加密图像。实验分析表明:该算法密钥空间大小可达2,加密图像的信息熵可达7.9998,加密4幅256×256大小的图像仅需要0.7455秒,对大多数常见的攻击都具有较强的抵抗力。本文共有图185幅,表32个,参考文献103篇。

关键词：图像加密混沌系统多图像加密 DNA编码

基于混沌系统和DNA编码的图像加密算法研究

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基于混沌系统和DNA编码的图像加密算法研究

作者：任浩宁夏大学

学位级别：硕士

在互联网数据大爆炸时代,数字图像信息的交换更加频繁,因此如何更好地保护数字图像信息在网络上传输的变得非常重要。具有高敏感性、遍历性、混合性、行为复杂度高等特点的混沌系统适用于图像加密,基于脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Ac... 详细信息

在互联网数据大爆炸时代,数字图像信息的交换更加频繁,因此如何更好地保护数字图像信息在网络上传输的变得非常重要。具有高敏感性、遍历性、混合性、行为复杂度高等特点的混沌系统适用于图像加密,基于脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid,dna)编码的图像加密方案具有海量并行、海量存储和超低功耗等优点,因此本文结合了混沌系统与dna技术,提出了两种新的图像加密方案,从像素扩散和置乱两阶段加密图像,相比传统图像加密方法安全性更高。本文研究的主要工作如下:(1)本文提出了一种基于DNA编码技术和超混沌系统的图像加密方法。该方法利用Lorenz超混沌系统生成的状态分量决定DNA编码规则、dna解码规则和dna运算规则。扩散阶段原始图像经过DNA编码、dna运算和dna解码后再进行扩充。混淆阶段利用Chen超混沌系统生成的状态分量决定经过扩散后的图像进行置乱的方式,最终得到加密的图像。该加密方法使用了扩散和置乱的技术,提出的图像加密算法密钥空间大,能够抵抗各种暴力攻击,差分攻击,还有统计攻击,可应用于医疗、军事等对图像安全性要求较高的领域。(2)在原始图像的R,G,B三个通道上分别进行加密可以进一步提高加密效率,因此本文提出了一种基于离散混合迭代的耦合映射格子(couple map lattice based on discrete chaotic iteration,CMLDCI)和奇偶树型机(treeparity machine,TPM)的动态DNA编码的彩色图像加密算法,该算法首先利用密钥和明文图像,由CMLDCI与TPM结合产生一个伪随机序列产生器,用于加密图像,扩散阶段将明文图像分为三个二维矩阵,对每个矩阵进行DNA编码和运算。混淆阶段矩阵进行行置换与列置换,置换完成后合并R,G,B三个通道得到最终加密图像。伪随机序列产生器产生的密钥流序列决定了每个分块的DNA编码,解码以及运算规则,而加密序列的初始值与原始图像相关联,保证了“一图一密”的效果,很大程度上提升了系统的抗攻击能力。通过多组实验数据分析表明,本文提出的图像加密方案加密效果更强,加密效率更高,可以应用在大批量的彩色图像加密中。

关键词：彩色图像 DNA编码鲁棒性混沌系统安全性

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基于混沌与DNA编码的图像加密算法研究

基于混沌与DNA编码的图像加密算法研究

作者：张天朔海南大学

学位级别：硕士

数字图像是一种重要的数据传播载体,广泛应用于企业、医疗、军事等各个领域的信息传输中。然而随着网络开放性和共享性的提高,机密图像在传播过程中受到的篡改、窃取等恶意攻击的概率不断增加,给信息安全带来了很大的挑战。因此,对数字... 详细信息

数字图像是一种重要的数据传播载体,广泛应用于企业、医疗、军事等各个领域的信息传输中。然而随着网络开放性和共享性的提高,机密图像在传播过程中受到的篡改、窃取等恶意攻击的概率不断增加,给信息安全带来了很大的挑战。因此,对数字图像的安全保护已成为当前研究的一个重要方向。图像加密是保护数字图像机密性和完整性的重要手段之一。但计算设备的不断更新和计算效率与性能的持续提升,对于图像加密算法的安全性和加密结果的不可破解性提出了新的要求。特别是在大数据时代的背景下,如何降低传输成本的同时有效地抵抗或识别图像传输中的攻击,引起了越来越多研究人员的关注。为了解决上述问题,本文提出了两种图像加密方案,分别结合模拟退火和压缩感知(Compression sensing,CS)等技术,满足了数字图像传播过程中对安全性的不同需求。本文的研究工作主要如下:(1)提出了一种基于多重随机DNA编码和退火的图像加密算法(Image Encryption Algorithm Based on Multiple Random dna Coding and Annealing Algorithm,MRDESA),采用混沌像素随机变化的方法进行图像处理。使用Logistic-Logistic混沌(Logistic-Logistic Chaos,LLC)增加纹理和加密编码方法的多样性,以实现更大的参数选择范围和更好的随机性。为提高编码过程的随机性和安全性,随机选择每个可变像素的多种DNA编码方法,并对其进行操作编码。经过像素变异、置乱和扩散后,对密文图像的信息熵、像素相关性和X值赋予不同权值,并进行退火迭代,以获得不同的加密过程和良好的加密结果。该算法可以应用于不同类型的图像,以实现更好的加密效果从而更好地保护图像安全性。(2)提出了一种基于置换有序二进制数系统(Permutation Ordered Binary Number System,POB)数字系统和CS的多随机彩色医学图像和语音加密方案。该方案采用混沌系统对像素进行比特级多随机置乱,同时实现了像素位置和像素值的改变。对医学图像进行压缩感知,以降低传输成本,并通过POB编码将图像嵌入音频中,实现了图像与音频的融合。加密的音频可以高质量恢复,加密的医学图像可以根据不同的要求以高质量或无损的形式恢复。具有不同权限的密文图像接收者可以根据不同的密钥恢复原始图像或原始音频,以最大程度地保护患者的隐私。

关键词：图像加密退火算法混沌系统压缩感知 DNA编码