【图像加密】基于超混沌序列和 DNA 序列进行图像加密Matlab代码

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🔥 内容介绍

基于超混沌序列和 DNA 序列的图像加密方案，是结合混沌系统的非线性动力学特性与DNA 计算的生物编码逻辑，实现对图像信息的高强度加密。该方案通过超混沌序列实现像素位置的混淆（置乱）和像素值的扩散（混淆），再利用 DNA 序列的互补配对、编码规则增强加密的复杂性，能有效抵御统计分析、暴力破解等攻击。

一、核心原理

1. 超混沌序列的特性与作用

• 超混沌系统

  ：是指具有两个及以上正 Lyapunov 指数的混沌系统（如 4D Lorenz 超混沌、Chen 超混沌、Rossler 超混沌等），其运动轨迹更复杂、随机性更强，密钥空间更大（不易被暴力破解）。

• 核心作用

  ：

  • 混淆（置乱）

    ：生成随机置换序列，打乱图像像素的空间位置；

  • 扩散（混淆）

    ：生成随机数序列，与像素值进行非线性运算（如异或、加法），改变像素的灰度 / 颜色信息。

2. DNA 序列的编码规则与运算

• DNA 编码

  ：DNA 由 4 种碱基（A、T、C、G）组成，可与二进制位（0、1）建立映射关系（8 种基本编码规则，如表 1）。例如，将 8 位像素值（0-255）拆分为两个 4 位二进制数，分别编码为 DNA 碱基序列。

• DNA 运算

  ：基于碱基互补配对规则（A-T、C-G），可实现 DNA 序列的异或（XOR）、置换（置换）、** 互补（Complement）** 等运算，用于像素值的扩散。

编码规则	00	01	10	11
规则 1	A	T	C	G
规则 2	A	T	G	C
规则 3	T	A	C	G
...	...	...	...	...

3. 加密框架（混淆 + 扩散）

• 混淆阶段

  ：利用超混沌序列生成随机置换矩阵，对图像像素的行 / 列进行置乱，破坏像素的空间相关性；

• 扩散阶段

  ：将置乱后的像素值编码为 DNA 序列，结合超混沌序列控制的 DNA 运算（如异或、互补），实现像素值的非线性变换，增强加密的抗统计分析能力。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

% function figure_05

clear

addpath('tools');

load data_in_mem

for i = 1:6

    [X_1,X_2] = corr_hor_image(data{2,i},3000);

    [Y_1,Y_2] = corr_hor_image(data{4,i},3000);

    if i <4

        subplot(4,3,i);

        set(gcf,'color',[1 1 1]);

        plot(X_1,X_2,'.');

        axis([0 255 0 255]);axis square

        subplot(4,3,i+3);

        set(gcf,'color',[1 1 1]);

        plot(Y_1,Y_2,'.');

        axis([0 255 0 255]);axis square

    else

        subplot(4,3,i+3);

        set(gcf,'color',[1 1 1]);

        plot(X_1,X_2,'.');

        axis([0 255 0 255]);axis square

        subplot(4,3,i+6);

        set(gcf,'color',[1 1 1]);

        plot(Y_1,Y_2,'.');

        axis([0 255 0 255]);axis square

    end

end

🔗 参考文献

[1]谭琳.基于DNA序列和混沌的图像加密算法[J].信息系统工程, 2014(11):3.DOI:10.3969/j.issn.1001-2362.2014.11.061.

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