基于DNA编码的多图像加密算法

孙鹤鹏，张晓强

(中国矿业大学 信息与控制工程学院，江苏 徐州 221116)

0 引 言

多图像加密作为一种新兴多媒体安全技术，逐渐引起人们的关注。研究者们已提出一些基于光学信息处理系统的多图像加密算法[1-5]。如：朱等提出了一种基于小波变换的多图像加密算法[6]；李等提出了一种基于级联分数阶傅里叶变换的多图像加密算法[7]。然而，这些算法中的大部分都是基于变换域而设计的，并常与图像压缩技术结合。因此，解密图像往往存在一些明显的失真。唐等提出了一种基于位平面和混沌映射的多图像加密算法[8]。然而，该算法每次只能加密四幅图像。

为保障多图像内容传输的安全性，结合混沌理论和DNA计算技术，提出了一种多图像加密算法。实验结果和算法分析表明：该算法加密效果良好，安全性高。

1 理论基础

1.1 DNA编码与运算

(1)DNA编码

DNA序列由腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)组成。其中，A与T互补，G与C互补[9]。在二进制中，0和1互补，00和11、10和01也互补，用A、C、G、T编码00、01、10、11共有24种编码方案，但只有8种编码方案满足DNA碱基间的互补规则，请参见文献[10]。

通常，灰色图像的像素值可用8个比特来表示。然而，使用DNA编码规则，灰色图像的像素值也可用4个DNA码来表示。反之，根据给定DNA序列可得出相应的十进制像素值。

(2)DNA运算

DNA序列的加、减法运算是根据二进制系统中的加、减法运算得到的。根据DNA编码规则1，DNA序列的加、减法运算，请参见文献[10]。

1.2 二维Logistic混沌映射

二维Logistic混沌映射定义为

(1)

式中：r1，r2，s1和s2是用于控制二维Logistic混沌行为的系统参数。……