抗明文攻擊的動態DNA編碼數字圖像加密算法

摘"要："針對傳統圖像加密算法易受明文攻擊的問題，提出了結合DNA動態編碼和離散混沌系統的數字圖像加密算法。首先，選取動力學特性復雜且計算復雜度低的離散混沌系統，為圖像密碼系統提供優質熵源。接著，設計明文相關機制生成混沌加密序列以抵御選擇明文攻擊。然后，利用混沌序列對圖像比特平面置亂，并依次進行DNA編碼、混淆和解碼的操作。最后，執行比特平面混淆以獲得最終的密文。理論分析和實驗結果表明，本文的圖像加密算法具有密鑰空間大、相鄰像素相關性強、直方圖統計特性優良等特性，該算法在抵抗明文攻擊時的魯棒性。

關鍵詞：DNA編碼；圖像加密；混沌系統

中圖分類號：TP393．08"""""文獻標識碼：A

Dynamic"DNAencoded"Digital"Image"Encryption

Algorithm"Against"Plaintext"Attacks

HUANG"Yong，"LEI"Tong

（China"Energy"Engineering""Group"Guangdong"Electric"Power"Design"

Institute"Co.，"Ltd.，"Guangzhou，"Guangdong"510000，"China）

Abstract：Aiming"at"the"problem"that"traditional"image"encryption"algorithms"are"susceptible"to"plaintext"attacks，"this"paper"proposes"a"digital"image"encryption"algorithm"that"combines"DNA"dynamic"coding"and"discrete"chaotic"system."Firstly，"a"discrete"chaotic"system"with"complex"dynamics"and"low"computational"complexity"is"selected"to"provide"a"highquality"entropy"source"for"the"image"cryptosystem."Next，"a"plaintext"correlation"mechanism"is"designed"to"generate"chaotic"encryption"sequences"to"defend"against"selected"plaintext"attacks."Then，"the"chaotic"sequence"is"used"to"disrupt"the"image"bit"plane"and"perform"the"operations"of"DNA"encoding，"obfuscation"and"decoding"sequentially."Finally，"bitplane"obfuscation"is"performed"to"obtain"the"final"ciphertext."Theoretical"analyses"and"experimental"results"show"that"the"image"encryption"algorithm"in"this"paper"has"the"properties"of"large"key"space，"strong"correlation"between"adjacent"pixels，"and"excellent"statistical"properties"of"histogram，""the"algorithm"has"the"ability"of"robustly"resisting"plaintext"attacks.

Key"words：DNA"coding;"image"encryption;"chaos"system

當今，計算機網絡與信息技術蓬勃發展，人們已進入了數字化信息時代。而在網絡大數據環境下，多媒體信息的安全逐漸得到重視。數字圖像是重要的多媒體介質，它的隱私保護問題尤為引人關注[1]。混沌具有確定性系統的固有隨機性、密集的周期點、遍歷性以及對初始值和控制參數的高度敏感性，與香農密碼學的擴散與混淆有許多相似之處[2]。因此，問世以來，受到了眾多專家學者的廣泛關注，被視為是信息安全領域極具應用前景的隱私保護技術[3～4]。然而，由于缺乏權威的安全檢測標準，當前許多此類算法不具有可證明的安全性[5]，這也是應用中必須解決的重要問題。因此，如何解決混沌加密算法具有實際安全性的問題，從而更安全地保護數字圖像的安全性和保密性，成為當前的技術前沿和學術研究熱點之一[6]。……