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基于DNA序列和自组装的图像加密研究

周士华  
【摘要】:随着互联网的迅猛发展,通过网络传递图像信息已经变得十分普遍。因为这种传递方式不仅不受地域地限制,而且高效快速,同时还可以节约大量的费用。但是由于网络自身存在的协议、系统等方面的缺陷,人们在享受网络传递带来的便捷的同时,不得不考虑如何提高图像信息的安全性。图像加密技术就是为了防止重要的图像信息被非法的盗取或篡改。目前,图像加密技术已经广泛地应用到了政府、军事部门、医疗、商业及个人安全系统等多领域中,并发挥着重要的作用。 基于此背景,本文的主要研究内容就是以DNA序列和自组装为手段,研究新型的图像加密技术,从而提高图像信息的安全性。研究分为两大部分,基于DNA序列的图像加密算法研究和面向图像加密的DNA自组装设计。新的图像加密方法包括如下几种: 第一,提出了一种基于混沌游戏表示法的图像加密方法。利用混沌游戏表示法的思想,结合图像信息的特殊性,实现对图像信息的有效加密。并将天然DNA序列作为密钥,进一步地提高加密的安全性。 第二,提出了一种基于Hao分形法的图像加密方法。按照图像信息的特点,将Hao分形法进行改进,提出了一种新的图像加密方法。为了实现像素的扩散效果,定义了新的DNA序列操作。 第三,提出了一种基于RT-DNA元胞自动机的图像加密方法。提出了一个新的元胞自动机模型,即DNA元胞自动机。对一维DNA元胞自动机,T型DNA元胞自动机以及RT-DNA元胞自动机进行了理论定义,并在离散时间上定义了转换函数。利用新定义的RT-DNA元胞自动机实现对图像的加密。 面向图像加密的DNA自组装模型设计方面取得的科研成果如下: 第一,实现了基于DNA自组装技术的一次一密图像加密系统。利用DNA计算具有超大并行性和海量存储能力的特性,使用DNA自组装模型实现面向图像信息的一次密的加密系统。通过DNA瓦片自组装过程,构建自组装模型,完成对图像信息的加密和解密。为图像信息的加密和存储提供了一种新的方法。 第二,实现了面向图像加密的元胞自动机的DNA自组装设计。不仅设计了初等DNA元胞自动机通式,同时给出了初等XOR-DNA元胞自动机和T型XOR-DNA元胞自动机的自组装设计方案。特别地,根据图像加密的特点,给出了面向图像加密的元胞自动机自组装设计方案。


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