本发明涉及一种基于双混沌系统与DNA编码的彩色图像加密及传输方法，外部给一个128比特位的密钥，通过异或等的操作生成CML混沌系统的初始值，进行迭代生成混沌序列，用其对处于混沌状态的激光器产生的光混沌序列进行置乱操作，从而提高光混沌序列的混沌性与随机性，利用已经置乱的具有高混沌性质的光混沌序列来参与图像加密过程中的混淆、置乱和扩散等过程，得到加密效果极好的加密图像。此外此加密系统还结合了DNA编码加密的方法，使得安全得到了很大的提高。最后，在加密图像在光纤中进行传输时采用混沌掩盖技术，从而保证其传输过程的安全性。
1.一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于包括以下步骤：加密步骤：首先输入原始图像，将原始图像均等分，均等分后的图像之间进行异或操作，得到新图像；然后主激光器驱动两个从激光器产生光混沌序列，采用CML混沌系统置乱所述光混沌序列，由已置乱的光混沌序列对所述新图像进行转化为DNA平面、置乱和扩散操作，得到加密图像；
传输步骤：首先采用光注入方式，让主激光器产生激光信号，然后经过光隔离器、中性密度滤光片和分束器后分别注入两个从激光器，通过光学加法器、光学减法器及光开关对所述加密图像进行混沌调制，调制后的信号在10km的单模光纤上由发送方传输给接收方；
解密步骤：接收方通过混沌调制解调出加密图像，采用与所述加密步骤相反的步骤得到解密后的原始图像；
步骤1.输入大小为3×M×N的原始图像，将原始图像均等分为四部分，等分后的四部分图像之间进行异或操作，得到新图像；
步骤2.采用光注入的方式，让主激光器驱动两个从激光器产生光混沌序列；
步骤3.生成CML混沌系统的初始值，采用CML混沌系统置乱所述光混沌序列；
步骤4.将所述新图像分成RGB基色的三个分量，得到RGB三个M×N的数字矩阵平面,通过已置乱的光混沌序列与DNA编码法则及配对法则使所述三个数字矩阵平面变成由A、T、C、G四个字母构成的大小为4×M×N的三个DNA平面；
步骤5.采用所述已置乱的光混沌序列与三个所述DNA平面的元素一一对应，然后把所述已置乱的光混沌序列按照从小到大的升序规则重新排列，所述DNA平面的元素随之重新排列，以使三个所述DNA平面置乱；
步骤6.用光混沌序列与DNA运算法则对三个已置乱的DNA平面进行扩散操作，得到加密图像；
步骤7.采用光注入方式，让主激光器产生激光信号，然后经过光隔离器、中性密度滤光片和分束器后分别注入两个从激光器，把所述两个从激光器产生的混沌信号作为混沌载波信号，通过光学加法器、光学减法器及光开关对所述加密图像进行混沌调制，将调制后的信号在10km的单模光纤上传输，由发送方传输给接收方；
步骤8.接收方通过混沌调制解调出加密图像，采用与所述加密步骤相反的步骤得到解密后的原始图像。
2.根据权利要求1所述的一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤为：步骤2.1.采用光注入的方式，使主激光器ML处于混沌状态，发出混沌激光，经过光隔离器OI与中性密度滤光片NDF后被分束器BS分成两束激光，驱动两个从激光器SL1与从激光器SL2使其同步；
所述主激光器ML、从激光器SL1与从激光器SL2均采用半导体激光器；
其中，下标1，2和3分别表示主激光器ML、从激光器SL1与从激光器SL2；E为振幅；P＝|E|2为光子数密度；φ为激光场相位；N为载流子密度；Gn为微分增益， vg＝c/ne为光的群速度，c为光的传播速率， 为群折射率，n为折射率，ν为光的振荡频率，g为半导体介质增益；
N0为主激光器ML、从激光器SL1与从激光器SL2在自由运行时载流子数密度；τp为光子的寿命；kinj为注入系数；τin为光在主激光器ML、从激光器SL1与从激光器SL2中环行一次所用的时间，τin＝2L/c，L为腔体长度；τ为光反馈延迟时间；
Δ(t)为相位差，Δ(t)＝φ(t)-Δωt；Δω为频率失谐；α为线宽增强因子，J为偏置电流密度；e为电子电荷；d为激活层厚度；τs为载流子的寿命；
步骤2.2.采用相同的采样方式分别从激光器SL1与从激光器SL2中得到相同的数值大小为36×M×N的光混沌序列，两个所述光混沌序列任一个用于加密过程，另一个用于解密过程。
3.根据权利要求2所述的一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：所述步骤3的具体步骤为：步骤3.1.采用128比特位的密匙通过异或操作得到CML混沌系统的初始值，然后迭代CML混沌系统200次使其进入混沌状态，继续迭代得到一个数值大小为36×M×N的混沌序列；
a1(i+1)＝(1-B)×f[a1(i)]+B×f[a2(i)]a2(i+1)＝B×f[a1(i)]+(1-B)×f[a2(i)]其中，a1与a2均表示状态索引，a1(i)与a2(i)为CML混沌系统模型中第i个格子在两个不同的时空的状态值，B为CML混沌系统方程的参数，其中0＜B＜1；
f(x)为logistic混沌方程，logistic混沌方程具体方程为f(x)＝A×x(1-x)，其中A为logistic混沌方程的参数，其中3.569945673＜A≤4；
步骤3.2.将所述数值大小为36×M×N的混沌序列与所述数值大小为36×M×N的光混沌序列一一对应，通过将所述数值大小为36×M×N的混沌序列中的元素按照从小到大的升序规则重新排列置乱所述数值大小为36×M×N的光混沌序列。
4.根据权利要求3所述的一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：所述步骤4的具体步骤为：步骤4.1.将所述新图像分成RGB基色的三个分量，得到RGB三个M×N的数字矩阵平面，将所述三个M×N的数字矩阵平面转化为大小为8×M×N的比特面，其转化公式为：G(x,y)＝b(7)×27+b(6)×26+...+b(0)×20；其中G(x,y)为坐标为(x,y)像素点的灰度值，b(i)为0或
步骤4.2.将所述三个大小为8×M×N的比特面均等分为十二个大小为2×M×N的比特面，再根据DNA的八种编码规则使十二个大小为2×M×N的比特面转化成十二个大小为M×N的第一DNA平面，最后合并成三个大小为4×M×N的第二DNA平面，其中DNA的八种编码规则如下表所示：Rule 1 2 3 4 5 6 7 8
A 00 00 01 01 10 10 11 11
T 11 11 10 10 01 01 00 00
C 01 10 00 11 00 11 01 10
G 10 01 11 00 11 00 01 10
所述十二个大小为2×M×N的比特面转化公式为 其中1≤i≤
12，wi为所述DNA的八种编码规则(1≤wi≤8)，bi为所述128比特位的密匙；
步骤4.3.根据DNA的六种配对法则，将三个所述第二DNA平面转化成三个大小为4×M×N的DNA平面，其中DNA的六种配对法则如下表所示：Rule1 AT TC CG GA
将三个所述第二DNA平面转化成三个大小为4×M×N的DNA平面的转化公式为：其中1≤i≤3×4×M×N， 为所述DNA的六种配对法则 floor(x)为小于等于x的最大整数，xi为所述已置乱的光混沌序列的元素。
5.根据权利要求4所述的一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：所述步骤5的具体步骤为：将所述已置乱的光混沌序列的元素xi与所述三个大小为4×M×N的DNA平面的元素一一对应，其中(3×4×M×N+1)≤i≤(3×8×M×N)；
将已置乱的光混沌序列的元素xi按照从小到大的升序规则重新排列，所述三个大小为4×M×N的DNA平面的元素随之重新排列，以使所述三个大小为4×M×N的DNA平面置乱。
6.根据权利要求5所述的一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：所述步骤6的具体步骤为：步骤6.1.将已置乱的三个大小为4×M×N的DNA平面进行扩散操作，DNA的四种脱氧核苷酸的字母之间的运算法则的公式如下所示：其中C(x)为所述DNA平面扩散后的元素，P(x)为所述DNA平面扩散前的元素，2≤i≤3×
4×M×N， 为所述DNA的六种配对法则，hi为1到6之间的随机数， 为DNA的四种脱氧核苷酸的字母之间的自定义运算符号；
hi生成公式为：hi＝[floor(100×xi)]mod6+1，其中xi为已置乱的光混沌序列的元素，(3×8×M×N+1)≤j≤(3×12×M×N)，floor(x)为小于等于x的最大整数；
步骤6.2.进行与步骤4.1和步骤4.2相反的操作，将已扩散的三个大小为4×M×N的DNA平面转化为三个M×N的加密数字矩阵平面，得到加密图像。
7.根据权利要求6所述的一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：所述步骤7的具体步骤为：将从激光器SL1产生的混沌信号作为载波信号，利用光学开关与光学加法器对加密图像进行调制，将调制后的信号在10km的单模光纤上进行传输至接收方。
8.根据权利要求7所述的一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：所述步骤8的具体步骤为：接收方根据从激光器SL2产生的混沌信号、光学开关与光学减法器对所述调制后的信号进行解调，得到所述加密图像，再根据与所述加密步骤相反的步骤得到解密后的原始图像。
一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传
输方法
技术领域
[0001] 本发明属于保密通信传输和图像加密技术领域，具体涉及一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法。
背景技术
[0002] 随着信息时代的发展，多媒体技术已经深入到人们的生活之中，文档、音频、视频和图像，其中图像的地位尤其显著，军事、医疗、教育、传媒等各个行业都要接触到图像信
息，此外，随着图像隐藏技术的发展，许多有价值且需要高度保密的信息都能隐藏在图像当
中，图像一方面给人们带来便利，另一发面许多不法分子想要窃取图像来获得宝贵的信息。
自然，图像的加密与保密传输引起了人们越来越多的关注。
[0003] 自从1989年美国学者Matthews把混沌系统运用到图像加密过程中，混沌系统就一直广泛地运用到图像加密的过程中，其原因在于混沌系统具有对初始值和参数的极端敏感
性、非周期性与遍历性，能够满足图像加密过程中的要求，如显著降低相邻像素点的相关
性、图像灰度值大致均匀分布，从而抵御穷举攻击、差分攻击、明文攻击等，防止图像信息被
第三方窃取。
[0004] 目前为止，众多专家学者大多采用电学混沌系统来对图像进行加密，而本发明中提出一种结合了光学混沌的方法，具有高带宽、传输速率高以及低损耗的优点。
[0005] 激光器有多种状态，其中一种就是处于混沌状态，能够输出高维的混沌信号，其最大的优点在于没有电子电路中各个元器件以及电流作用的相互影响，抗噪声干扰、功率损
耗以及频带宽度方面都要优于电学混沌，因此相比与传统的电学混沌，光学混沌在图像加
密方面上具有自己独特的优势。
发明内容
[0006] 为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，能够得到更好的图像加密与传输的效果。本发明
要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0007] 一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，其特征在于：包括以下步骤
[0008] 加密步骤：首先输入原始图像，将原始图像均等分，均等分后的原始图像之间进行异或操作，得到新图像；然后主激光器驱动两个从激光器产生光混沌序列，采用CML混沌系
统置乱所述光混沌序列，由已置乱的光混沌序列对所述新图像进行转化为DNA平面、置乱和
扩散操作，得到加密图像。
[0009] 传输步骤：首先采用光注入方式，让主激光器产生激光信号，然后经过光隔离器、中性密度滤光片和分束器后分别注入两个从激光器，通过光学加法器、光学减法器及光开
关对所述加密图像进行混沌调制，调制后的信号在10km的单模光纤上由发送发传输给接收
方。
[0010] 解密步骤：接收方通过混沌调制解调出加密图像，采用与所述加密步骤相反的步骤得到解密后的原始图像。
[0011] 进一步的，所述加密步骤、传输步骤和解密步骤的具体步骤为：
[0012] 步骤1.输入大小为3×M×N的原始图像，将原始图像均等分为四部分，等分后的四部分图像之间进行异或操作，得到新图像；
[0013] 步骤2.采用光注入的方式，让主激光器驱动两个从激光器产生光混沌序列；
[0014] 步骤3.生成CML混沌系统的初始值，采用CML混沌系统置乱所述光混沌序列；
[0015] 步骤4.将所述新图像分成RGB基色的三个分量，得到RGB三个M×N 的数字矩阵平面,通过已置乱的光混沌序列与DNA编码法则及配对法则使所述三个数字矩阵平面变成由
A、T、C、G四个字母构成的大小为4×M×N的三个DNA平面。
[0016] 步骤5.采用所述已置乱的光混沌序列与三个所述DNA平面的元素一一对应，然后把所述已置乱的光混沌序列按照从小到大的升序规则重新排列，所述DNA平面的元素随之
重新排列，以使三个所述DNA平面置乱；
[0017] 步骤6.用光混沌序列与DNA运算法则对三个已置乱的DNA平面进行扩散操作，得到加密图像；
[0018] 步骤7.采用光注入方式，让主激光器产生激光信号，然后经过光隔离器、中性密度滤光片和分束器后分别注入两个从激光器，把所述两个从激光器产生的混沌信号作为混沌
载波信号，通过光学加法器、光学减法器及光开关对所述加密图像进行混沌调制，将调制后
的信号在10km的单模光纤上传输，由发送方传输给接收方；
[0019] 步骤8.接收方通过混沌调制解调出加密图像，采用与所述加密步骤相反的步骤得到解密后的原始图像。
[0020] 与现有技术相比，本发明的有益效果：(1)本发明利用半导体激光器产生混沌信号，区别于传统的电学混沌，具有抗噪性高，高带宽，低消耗，传输距离长的特点。
[0021] (2)本发明在光保密传输过程中采用混沌掩盖和混沌调制技术，确保了传输过程中的安全性
[0022] (3)本发明利用CML混沌系统来置乱光混沌序列，从而提高了混沌系统的随机性与无序性。
[0023] (4)本发明把近几年来较为流行的DNA加密方法与高维混沌系统结合，即有DNA加密方法中高储存性与高并行性的优点，又能弥补DNA加密为低维混沌映射的缺点，从而有效
地抵御明文攻击，统计攻击和穷举攻击等攻击。
附图说明
[0024] 图1为本发明的结构示意图；
[0025] 图2为本发明激光器模块的结构示意图；
[0026] 图3为本发明图像加密模块加密过程示意图；
[0027] 图4为本发明图像解密模块解密过程示意图；
[0028] 图5中，(a)为输入的原始图像，(b)为原始图像的R分量，(c)为原始图像的G分量，(d)为原始图像的B分量。
[0029] 图6中，(a)为加密后的图像，(b)为加密后图像的R分量，(c)为加密后图像的G分量，(d)为加密后图像的B分量；
[0030] 图7中，(a)为原始图像的R分量的直方图，(b)为加密后图像的R分量的直方图，(c)为原始图像的G分量的直方图，(d)为加密后图像的G分量的直方图，(e)为原始图像的B分量
的直方图，(f)为加密后图像的B分量的直方图；
[0031] 图8中，(a)为R图像水平方向上相邻像素点的相关性分析图，(b)为加密后R图像水平方向上相邻像素点的相关性分析图，(c)为R图像垂直方向上相邻像素点的相关性分析
图，(d)为加密后R图像垂直方向上相邻像素点的相关性分析图，(e)为R图像对角方向上相
邻像素点的相关性分析图，(f) 为加密后R图像对角方向上相邻像素点的相关性分析图；
[0032] 图9中，(a)为G图像水平方向上相邻像素点的相关性分析图，(b)为加密后G图像水平方向上相邻像素点的相关性分析图，(c)为G图像垂直方向上相邻像素点的相关性分析
图，(d)为加密后G图像垂直方向上相邻像素点的相关性分析图，(e)为G图像对角方向上相
邻像素点的相关性分析图，(f) 为加密后G图像对角方向上相邻像素点的相关性分析图；
[0033] 图10中，(a)为B图像水平方向上相邻像素点的相关性分析图，(b)为加密后B图像水平方向上相邻像素点的相关性分析图，(c)为B图像垂直方向上相邻像素点的相关性分析
图，(d)为加密后B图像垂直方向上相邻像素点的相关性分析图，(e)为B图像对角方向上相
邻像素点的相关性分析图， (f)为加密后B图像对角方向上相邻像素点的相关性分析图；
[0034] 图11中，(a)为解密后的图像，(b)为解密后图像的R分量，(c)为解密后图像的G分量，(d)为解密后图像的B分量；。
具体实施方式
[0035] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0036] 在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解
为对本发明创造的限制。
[0037] 此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0038] 术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过
具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
[0039] 如图1、图2、图3和图4所示，本实施例提供一种基于双混沌系统与 DNA编码加密的彩色图像的加密及传输系统，由四个模块构成，分别是激光器模块，图像加密模块，传输模
块和图像解密模块。其中激光器模块分别与图像加密模块，传输模块与图像解密模块相连，
图像加密模块与传输模块相连，传输模块再与解密模块相连。
[0040] 本实施例还提供一种基于双混沌系统与DNA编码加密的彩色图像的加密及传输方法，包括以下步骤：
[0041] 加密步骤：首先输入原始图像，将原始图像均等分，均等分后的原始图像之间进行异或操作，得到新图像；然后主激光器驱动两个从激光器产生光混沌序列，采用CML混沌系
统置乱光混沌序列，由已置乱的光混沌序列对新图像进行转化为DNA平面、置乱和扩散操
作，得到加密图像。
[0042] 传输步骤：首先采用光注入方式，让主激光器产生激光信号，然后经过光隔离器、中性密度滤光片和分束器后分别注入两个从激光器，通过光学加法器、光学减法器及光开
关对所述加密图像进行混沌调制，调制后的信号在10km的单模光纤上由发送发传输给接收
方。
[0043] 解密步骤：接收方通过混沌调制解调出加密图像，采用与所述加密步骤相反的步骤得到解密后的原始图像。
[0044] 进一步的，加密步骤、传输步骤和解密步骤的具体步骤为：
[0045] 步骤1.输入大小为3×M×N的原始图像，参见图5。将原始图像均等分为上下左右四部分，等分后的四个图像之间进行异或操作，得到新图像；
[0046] 步骤2.采用光注入的方式，让主激光器驱动两个从激光器产生光混沌序列，具体方法如下：
[0047] 步骤2.1.为了让从激光器SL1与从激光器SL2同步，采用光注入的方式，使主激光器ML处于混沌状态，发出混沌激光，经过光隔离器OI与中性密度滤光片NDF后被分束器BS分
成两束激光，驱动两个从激光器SL1 与从激光器SL2使其同步，如图2所示；
[0048] 主激光器ML、从激光器SL1与从激光器SL2均采用半导体激光器；
[0049] 半导体激光器的非线性动力学的速率方程如下：
[0050] 主激光器ML的速率方程为：
[0051]
[0052]
[0053]
[0054] 从激光器SL1与从激光器SL2的速率方程为：
[0055]
[0056]
[0057]
[0058] 其中，下标1，2和3分别表示主激光器ML、从激光器SL1与从激光器 SL2；E为振幅；P2
＝|E|为光子数密度；φ为激光场相位；N为载流子密度； Gn为微分增益， vg
＝c/ne为光的群速度，c为光的传播速率， 为群折射率，n为折射率，ν为光的
振荡频率，g为半导体介质增益；
[0059] N0为主激光器ML、从激光器SL1与从激光器SL2在自由运行时载流子数密度；τp为光子的寿命；kinj为注入系数；τin为光在主激光器ML、从激光器SL1与从激光器SL2中环行一次
所用的时间， L为腔体长度；τ为光反馈延迟时间；
[0060] Δ(t)为相位差，Δ(t)＝φ(t)-Δωt；Δω为频率失谐；α为线宽增强因子，
[0061] J为偏置电流密度；e为电子电荷；d为激活层厚度；τs为载流子的寿命；
[0062] 步骤2.2.由于从激光器SL1与从激光器SL2的参数相同，以及系统的对称性，所以从激光器SL1与从激光器SL2产生的混沌信号也相同，采用相同的采样方式分别从激光器
SL1与从激光器SL2中得到相同的数值大小为36×M×N的光混沌序列，两个光混沌序列任一
个用于加密过程，另一个用于解密过程。另外从激光器SL1与从激光器SL2的混沌信号作为
混沌载波，用作光保密传输过程中的混沌掩盖和混沌解调过程。
[0063] 激光器既参与了传输中的混沌掩盖过程，又参与了图像的加解密过程，由于处于混沌状态的激光器具有良好的混沌特性，所以加密和传输的效果高于一般传统的图像加密
传输效果。
[0064] 步骤3.生成CML混沌系统的初始值，采用CML混沌系统置乱所述光混沌序列，具体方法如下：
[0065] 步骤3.1.采用128比特位的密匙通过异或操作得到CML混沌系统的初始值，然后迭代CML混沌系统200次使其进入混沌状态，继续迭代得到一个数值大小为36×M×N的混沌序
列；
[0066] 其中所述CML混沌系统的方程为：
[0067] a1(i+1)＝(1-B)×f[a1(i)]+B×f[a2(i)]
[0068] a2(i+1)＝B×f[a1(i)]+(1-B)×f[a2(i)]
[0069] 其中，a1与a2均表示状态索引，a1(i)与a2(i)为CML混沌系统模型中第 i个格子在两个不同的时空的状态值，B为CML混沌系统方程的参数，其中0＜B＜1，本实例中B为0.75。
[0070] f(x)为logistic混沌方程，logistic混沌方程具体方程为f(x)＝A×x(1-x)，其中A为logistic混沌方程的参数，其中3.569945673＜A≤4，本实例中选为4。
[0071] 步骤3.2.将CML混沌系统得到的数值大小为36×M×N的混沌序列与数值大小为36×M×N的光混沌序列一一对应，通过将数值大小为36× M×N的混沌序列中的元素按照从
小到大的升序规则重新排列置乱数值大小为36×M×N的光混沌序列，从而达到置乱光混沌
序列的目的。
[0072] 加解密过程中采用双混沌系统，利用CML混沌系统来置乱光混沌序列，从而提高了混沌性与随机性。
[0073] 步骤4.将所述新图像分成RGB基色的三个分量，得到RGB分量大小为 M×N的三个数字矩阵平面,通过已置乱的光混沌序列与DNA编码法则及配对法则使所述三个数字矩阵
平面变成由A、T、C、G四个字母构成的大小为4 ×M×N的三个DNA平面。具体方法如下：
[0074] 步骤4.1.将新图像分成RGB基色的三个分量，得到RGB分量大小为M×N的三个数字矩阵平面，将三个M×N的数字矩阵平面转化为大小为8 ×M×N的比特面，该转化公式为：G
(x,y)＝b(7)×27+b(6)×26+...+b(0)×20，其中G(x,y)为坐标为(x,y)像素点的灰度值，b
(i)为0或1。
[0075] 步骤4.2.将三个大小为8×M×N的比特面均等分为十二个大小为2× M×N的比特面，再根据DNA的八种编码规则使十二个大小为2×M×N 的比特面转化成十二个大小为M×
N的第一DNA平面，最后合并成三个大小为4×M×N的第二DNA平面，其中DNA的八种编码规则
如表1所示：
[0076]Rule 1 2 3 4 5 6 7 8
A 00 00 01 01 10 10 11 11
T 11 11 10 10 01 01 00 00
C 01 10 00 11 00 11 01 10
G 10 01 11 00 11 00 01 10
[0077] 表1
[0078] 十二个大小为2×M×N的比特面转化为第一DNA平面的转化公式为：其中1≤i≤12，wi为所述DNA的八种编码规则 (1≤wi≤8)，bi为所述
128比特位的密匙；
[0079] 步骤4.3.根据DNA的六种配对法则，将三个所述第二DNA平面转化成三个大小为4×M×N的DNA平面，其中DNA的六种配对法则如表2 所示：
[0080]Rule1 AT TC CG GA
Rule2 AT TG GC CA
Rule3 AC CT TG GA
Rule4 AC CG GT TA
Rule5 AG GT TC CA
Rule6 AG GC CT TA
[0081] 表2
[0082] 将三个所述第二DNA平面转化成三个大小为4×M×N的DNA平面的转化公式为：
[0083] 其中1≤i≤3×4×M×N， 为所述DNA的六种配对法则 floor(x)为小于等于x的最大整数，xi为所述已置乱的光混沌序列的元素。
[0084] 步骤5.采用所述已置乱的光混沌序列与三个DNA平面的元素一一对应，然后把已置乱的光混沌序列按照从小到大的升序规则重新排列，所述 DNA平面的元素随之重新排
列，以使三个所述DNA平面置乱；
[0085] 具体方法为：将已置乱的光混沌序列的元素xi与三个大小为4×M×N 的DNA平面的元素一一对应，其中(3×4×M×N+1)≤i≤(3×8×M×N)；
[0086] 将已置乱的光混沌序列的元素xi按照从小到大的升序规则重新排列，三个大小为4×M×N的DNA平面的元素随之重新排列，以使三个大小为4 ×M×N的DNA平面置乱，来达到
置乱三个DNA平面的目的。
[0087] 步骤6.用光混沌序列与DNA运算法则对三个已置乱的DNA平面进行扩散操作，得到加密图像；
[0088] 具体方法为：步骤6.1.将已置乱的三个大小为4×M×N的DNA平面进行扩散操作，DNA的四种脱氧核苷酸的字母之间的运算法则的公式如下所示：
[0089]
[0090]
[0091] 其中C(x)为DNA平面扩散后的元素，P(x)为DNA平面扩散前的元素， 2≤i≤3×4×M×N， 为DNA的六种配对法则，hi为1到6之间的随机数，为DNA的四种脱氧核苷酸的
字母之间的自定义运算符号；
[0092] hi生成公式为：hi＝[floor(100×xi)]mod6+1，其中xi为已置乱的光混沌序列的元素，(3×8×M×N+1)≤j≤(3×12×M×N)，floor(x)为小于等于x的最大整数。
[0093] 的具体运算规则如下所示：
[0094]
[0095] 步骤6.2.进行与步骤4.1和步骤4.2相反的操作，将已扩散的三个大小为4×M×N的DNA平面转化为三个M×N的加密数字矩阵平面，得到加密图像。
[0096] 加密过程中采用DNA加密方法，DNA加密方法是近年来根据生物中 DNA的特点来提出的一种新的加密方法，其优势在于能够储存大量的一次性信息，耗能低，但是此加密算法
是建立在低维的混沌映射方程上的，且 DNA加密算法的编码规则只有8种，所以无法抵御穷
举攻击、明文攻击等破解方法。本发明中，将高维的双混沌系统与DNA加密方法相结合，大大
地提高了算法的安全性。
[0097] 步骤7.采用光注入方式，让主激光器产生激光信号，然后经过光隔离器、中性密度滤光片和分束器后分别注入两个从激光器，把所述两个从激光器产生的混沌信号作为混沌
载波信号，通过光学加法器、光学减法器及光开关对所述加密图像进行混沌调制，将调制后
的信号在10km的单模光纤上传输，由发送方传输给接收方；
[0098] 具体方法为：将从激光器SL1产生的混沌信号作为载波信号，利用光学开关与光学加法器对加密图像进行调制，将调制后的信号在10km的单模光纤上进行传输至接收方。
[0099] 步骤8.接收方通过混沌调制解调出加密图像，采用与所述加密步骤相反的步骤得到解密后的原始图像。
[0100] 接收方根据从激光器SL2产生的混沌信号、光学开关与光学减法器对调制后的信号进行解调，得到所述加密图像，由于整个系统为对称系统，再根据与所述加密步骤相反的
步骤得到解密后的原始图像。
[0101] 传输过程采用激光器、光学加法器与光开关来实现混沌掩盖混沌调制技术，即将加密后的图像与混沌载波进行调制，再在单模光纤上进行信号的传输，最后采用激光器、光
学减法器与光开关来实现混沌解调技术，即解调出加密图像。
[0102] 加密、解密和同步性测试效果如下：
[0103] 1.参见图7，原始图像的直方图分布极其不均匀，加密图像的直方图分布平滑且均匀，能够有效地抵御统计攻击。
[0104] 2.参见图8、图9、图10，原始图像各个方向的相邻像素点高度相关，相关系数接近于1，经加密后，加密图像各个方向的相邻像素点几乎不相关，相关系数接近于0，能有效地
抵御统计攻击。
[0105] 3.参见图4与图11，经对比解密图像与加密图像完全一致。
[0106] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在
不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的
保护范围。
