一种基于新型耦合映像格子系统和DNA运算的图像压缩加密方案

2023年第24卷第6期

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《信息与电子工程前沿（英文）》 >> 2023年第24卷第6期 doi: 10.1631/FITEE.2200645

一种基于新型耦合映像格子系统和DNA运算的图像压缩加密方案

1南京林业大学理学院应用数学系，中国南京市，210037；2东南大学网络空间安全学院，中国南京市，210096；3东南大学数学学院系统科学系，中国南京市，210096；4湖州师范学院长三角（湖州）智慧交通研究院，中国湖州市，313000；5浙江师范大学计算机科学与技术学院，中国金华市，321004

收稿日期： 2022-12-16 录用日期： 2023-07-03 发布日期： 2023-07-03

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摘要

本文提出一种基于混合线性-非线性耦合逻辑映像格子（NMLNCML）系统和DNA运算的有效图像加密方案。所提出的NMLNCML系统增强了系统的混沌特性，适用于图像加密。该加密系统具有大量的密钥空间；对密钥的敏感性高；对选择明文攻击、统计学攻击和差分攻击具有很强的抵抗能力；并且对一定程度的噪声和数据丢失有很好的鲁棒性。提出的图像密码系统采用置乱—压缩—扩散的架构。首先，通过离散小波变换将普通图像变换为稀疏系数矩阵，并对系数矩阵执行与明文相关的Arnold置乱。然后，采用半张量积（STP）压缩感知对系数矩阵进行压缩和加密。最后，通过DNA随机编码、DNA加法，和位XOR运算来扩散压缩系数矩阵。NMLNCML系统用于在压缩传感的STP测量矩阵和DNA操作中的伪随机序列中生成混沌元素。SHA-384函数用于产生明文密钥，从而使所提出的加密算法对原始图像高度敏感。仿真结果和性能分析验证了该方案的安全性和有效性。

关键词

压缩感知 ; 耦合映像格子（CML） ; DNA运算 ; 半张量积