[發(fā)明專利]一種基于量子混沌映射和分數(shù)域變換的圖像加密方法

有效

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• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107239708B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 謝國波;鄧華軍
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發(fā)明公開了一種基于量子混沌映射和分數(shù)域變換的圖像加密方法。該方法利用Henon映射首先對像素點進行迭代置亂，然后用置亂的矩陣與行置亂矩陣相乘后進行x方向α階DFRFT變換，將變換后矩陣與列置亂矩陣相乘后再進行y方向β階DFRFT變換，最后利用量子Logistic混沌映射對變換后的矩陣進行擴散加密運算。該方法克服了傳統(tǒng)一些方法只在空間域，變換域，和混沌系統(tǒng)單純的使用某一種方案而導致參數(shù)變量少，系統(tǒng)結構簡單，偽隨機和非周期性不好等缺點，實驗和仿真結果表明，該方法比傳統(tǒng)加密方法具有更高的安全性。

技術領域

本發(fā)明涉及混沌通訊保密領域，特別涉及一種基于量子混沌映射和分數(shù)域變換的圖像加密方法。

背景技術

隨著網(wǎng)絡通信和計算機技術的快速發(fā)展，圖像作為信息的一種重要載體，由于信息量豐富，直觀性強等特點，被廣泛應用于各個領域。圖像傳遞的安全性和保密技術引起了人們的密切關注。探索高效，安全的圖像加密方法已成為廣大學者的研究的一門重要課題。

混沌系統(tǒng)由于具有初值敏感性，偽隨機性等優(yōu)良的密碼學特性。基于此，學者們紛紛提出一些混沌圖像加密方法。常用的圖像加密的經(jīng)典思想主要有以下3種：基于圖像像素空間位置置亂，基于圖像灰度的變換，基于這兩者的結合。其中主要研究方向為從低維到高維，從單一混沌系統(tǒng)到多維混沌系統(tǒng)的轉變。GAO等人提出采用像素置亂和像素變換相結合機制的加密方法，盡管構造簡單，但是密鑰與明文無關，導致無法有效有效抵制選擇明文攻擊。王等人提出了一種超混沌圖像加密方法，通過密文反饋機制控制方法中的密鑰流，使得加密所需要參數(shù)與明文密切相關。但由于周期短，復雜度低，容易被破解。當前大多數(shù)混沌加密方法都是自然混沌系統(tǒng)，嚴格意義上說沒有達到密碼學所要求的保密性和安全性，即容易被攻破。基于此，在變換域中進行圖像加密算法成為近年來的研究方向。Unnikrishnan等人在2000年首次將分數(shù)階Fourier變換用于圖像加密。由于分數(shù)階Fourier可加性和變換階數(shù)可以為圖像加密方法提供更多的自由度，已經(jīng)逐漸成為圖像加密中的重要研究熱點之一。綜上，人們又考慮到混沌系統(tǒng)自身有許多優(yōu)良特性，王等人提出將混沌系統(tǒng)和分數(shù)階Fourier變換結合在一塊的圖像加密方法。實驗結果和仿真表明該方法比之前的方法安全性要好。隨著信息技術的快速發(fā)展，量子圖像也進入了人們的視野，學者們開始研究更加高效和安全的量子圖像加密技術。在2012年，Akhshani A等人基于量子logistic映射提出了一個圖像加密方案，該研究為量子混沌映射應用于密碼學領域指明了方向。與傳統(tǒng)的加密技術相比，量子混沌映射具有天然的并行性，大容量和難以破解等優(yōu)點。基于此，提出一種基于量子混沌映射和分數(shù)域變換的圖像加密方法。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，提供一種基于量子混沌映射和分數(shù)域變換的圖像加密方法，克服了傳統(tǒng)分數(shù)階Fourier變換后直方圖不夠平滑的缺點，本發(fā)明方法通過引入量子混沌映射，有效避免了傳統(tǒng)混沌系統(tǒng)偽隨機性差，計算復雜度高，控制參數(shù)少等問題，同時將混沌系統(tǒng)和分數(shù)階Fourier變換結合起來，實現(xiàn)了介于空間域和頻域的分數(shù)域置亂，置亂效果好，避免了輕易能夠破解的問題。安全性得到了提高。

本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現(xiàn)：一種基于量子混沌映射和分數(shù)域變換的圖像加密方法，包括以下步驟：

步驟一：打開原始的lena(256×256)灰度bmp圖像，按照從左往右的順序依次讀取圖像中各點像素值，得到原始圖像的像素矩陣Q。因其圖像高度和寬度相等，這里假設高度和寬度用M表示.

步驟二：利用Henon映射產(chǎn)生兩個M×M混沌序列分別為X＝{x_k|k＝0，1，2，3，…，M×M}，Y＝{y_k|k＝0，1，2，3，…，M×M}，Henon映射的動力學方程如下式(1)：