基于五维分数阶复混沌系统与八进制DNA立方体的彩色图像加密方案研究

《Expert Systems with Applications》：Color Image Encryption Scheme Based on 5D Fractional-Order Complex Chaotic System and eight-base DNA Cubes

本文提出一种结合5D分数阶复混沌系统和八进制DNA立方体的彩色图像加密新算法。通过动态Arnold置乱、DNA编码与空间旋转扰动等创新技术，显著提升了加密系统的非线性特性和安全性。实验证明该方案在抵御统计攻击、噪声干扰和裁剪攻击方面具有优越性能，为医学影像（如DICOM图像）和安全传输（如AES/DES增强）提供了高效解决方案。

　　

系统构建与分析

本小节首先介绍改进的T系统，结合分数阶微积分和复变量扩展构建新型分数阶复混沌系统。通过理论分析和数值方法，从稳定性、混沌动力学和随机性等多角度验证系统性能。

加密与解密方案

本小节阐述基于所提分数阶复混沌系统的图像加密方案。该方案包含四个核心模块：密钥生成、动态Arnold置乱、DNA动态编码和DNA动态扰动。完整加密流程如图14所示。

仿真实验与安全性分析

为评估所提彩色图像加密方案，我们采用标准彩色测试图像（如512×512×3的Baboon和Peppers图像）进行系统性能与安全性分析。所有仿真在AMD Ryzen 7 5800H处理器平台完成，实验结果后续展示。

结论

本文针对开放网络传输中彩色图像的信息安全问题，提出基于5D分数阶复混沌系统和八进制DNA立方结构的加密算法。主要成果包括：

(1) 设计新型5D分数阶复混沌系统，通过李雅普诺夫指数（Lyapunov exponent）和分岔图等工具验证其优越混沌特性；

(2) 结合动态参数Arnold置乱与八进制DNA立方体空间旋转技术，实现三维像素深度扰动；

(3) 实验表明该方案能有效抵抗统计攻击与差分攻击，为医学影像安全传输提供新思路。