蒋 刚，郭 祥，杨 晨，丁 召

(贵州大学大数据与信息工程学院，贵州 贵阳550025)

1 引言

保证图像数据的安全传输一直是信息安全领域的研究热点。近年来，基于混沌理论的图像加密算法由于在安全性、复杂度、速度等方面更具优势[1-3]，因而在图像加密算法设计[4-7]中得到了广泛研究与应用。

混沌系统具有与密码学需求相似的特性，非常适合用于加密算法的设计。但是混沌系统在数字化时会出现周期性，导致安全性降低，因此不少学者提出混沌系统与DNA(DeoxyriboNucleic Acid)运算[8]结合的加密方案，因为DNA运算具有超低功耗、存储容量大、并行计算的特点。如，Wang等人[9]提出了一种基于DNA编码和混沌映射的图像加密方案，利用分段线性混沌映射和Logistic映射进行加密算法设计。Liu H等人[10]，利用低维混沌映射和DNA运算设计加密算法。虽然低维混沌系统的加密算法便于实现，但是结构简单，密钥随机性还不够。为了解决这个问题，Li X等人[11]和Zhen P[12]等人提出高维混沌系统和DNA运算结合的加密方案，但没能将密钥与明文图像关联起来。

为此，本文提出了一种混沌和DNA运算结合的图像加密算法。算法利用哈希函数的单向性和雪崩效应，将密钥与明文关联，实现了一次一密。通过计算明文与外部密钥的哈希摘要生成内部密钥，并将其作为混沌系统的参数和初值，生成所需混沌序列，以实现密钥与明文相关联，提高系统的安全性，增强敏感性。然后利用Chen氏超混沌序列和SPM(statistical parameter mapping)[13]混沌密钥流进行加密运算，得到密文图像。……