基于DNA编码和混沌映射的图像加密算法研究

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随着多媒体技术的快速发展,数字媒体在互联网范围内得到了广泛应用。为了防止数字信息被非法拷贝和传播,学者提出了许多图像加密算法。现有的图像加密算法主要包括,传统的图像加密算法、基于混沌理论的图像加密算法、基于DNA计算的图像加密算法等。由于混沌系统具有遍历性,有界性和对初始条件极为敏感的特征,它被广泛的应用在图像加密领域。但是,一些研究表明,仅仅应用混沌系统进行加密的算法由于密钥空间小等原因,存在被破解的危险。所以近年来,学者们投入更多精力于研究增强图像加密安全性的新方法。  近年来,DNA计算在密码学领域的潜力逐渐被认识到。本文提出了一种结合改进后的三维维吉尼亚密码、混沌系统和DNA计算及生物遗传中心法则的图像加密算法,有效的提高了图像加密的安全性和抗攻击性。在本文提出的算法中,原始图像的每一个像素首先被编码成 DNA序列,再转换为四个碱基。随机选中三个碱基进行生物遗传中心法则的翻译过程,从而得到对应的氨基酸,将未被选中的碱基的相对位置作为密钥之一保存为保留矩阵。用三维维吉尼亚加密方法置乱氨基酸矩阵,同时得到一个新的密码子矩阵,将新密码子矩阵与保留矩阵结合后,根据DNA编码规则逆向解码,再与Logistic映射生成的混沌序列进行异或操作,从而得到加密图像。  本文在对提出的图像加密算法进行了模拟实验后,将实验结果与现存的基于DNA计算的图像加密算法进行了详细的对比,对比结果表明本文提出的算法在安全性和抗攻击性方面优于现有基于DNA计算的图像加密算法。
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