[發(fā)明專(zhuān)利]一種量子混沌的并行圖像加密方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710324673.6
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107292802A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝國(guó)波;姜先值
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T1/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T1/00
• 代理公司: 廣東廣信君達(dá)律師事務(wù)所44329
• 代理人: 楊曉松

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于灰度圖像加密方法，更具體地說(shuō)，尤其設(shè)計(jì)一種新型的超混沌圖像加密方法。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，圖像信息的傳輸成為人們生活必不可少的環(huán)節(jié)，然而以互聯(lián)網(wǎng)為載體的圖像傳輸過(guò)程存在的安全隱患受到越來(lái)越多海內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。圖像信息本身具有強(qiáng)大相關(guān)性和冗余性，而傳統(tǒng)的加密方法，如數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(DES)、三重－數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)(3-DES)、國(guó)際數(shù)據(jù)加密算法(IDEA)、改進(jìn)的加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)和RSA(Rivest Shamir-Adleman)，是針對(duì)文本信息加密而設(shè)計(jì)的，不適合圖像加密當(dāng)中。

近年來(lái)專(zhuān)家提出許多新的圖像加密技術(shù)，如超混沌系統(tǒng)，與logistics、chebyshev、Baker等傳統(tǒng)混沌系統(tǒng)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的正Lyapunov指數(shù)；2)具有更加復(fù)雜的動(dòng)力行為；3)具有更加大的密鑰空間與更強(qiáng)的密鑰敏感性等。Tajima等人還提出運(yùn)用量子混沌的物理過(guò)程對(duì)圖像加密，Akhshani等人首次首次運(yùn)用量子混沌非線性方程對(duì)圖像加密。

常見(jiàn)的的基于混沌圖像加密的的方法可分為兩大類(lèi):一類(lèi)是混沌擴(kuò)散運(yùn)算，通改變像素點(diǎn)的灰度值，達(dá)到圖像加密的效果。另一類(lèi)是混沌置亂運(yùn)算，通過(guò)改變像素點(diǎn)的位置值，從而達(dá)到難以辨認(rèn)的效果。

這兩類(lèi)混沌圖像加密方法普遍存在下面不不足之處:這兩類(lèi)方法加密后的密文圖像的直方圖存在明顯的分布不均情況,容易讓破解者根據(jù)像素值推斷明文信息。并且密文與明文關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，易受到特殊的明文(密文)這類(lèi)算法攻擊。此外，上述加密方法密鑰單一，密鑰空間較小，難以抵制解密者的統(tǒng)計(jì)特性方法攻擊，以及窮舉攻擊，極容易泄露圖像信息，而且這兩類(lèi)方法多用于圖像串行加密過(guò)程，對(duì)于圖片量比較大的情況下，加密速度很慢。總得來(lái)說(shuō)上述兩類(lèi)方法不適合直接用于混沌圖像加密當(dāng)中。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述加密方法存在的不足之處，本發(fā)明提出一種基于量子混沌的并行圖像加密方法。該方法能夠很好地解決直方圖不均勻，明文與密文相關(guān)性不夠強(qiáng)，密鑰空間不夠大，加密速度較慢等缺點(diǎn)，從而達(dá)到很好的加密效果。

本發(fā)明所述的基于量子混沌的并行加密方法，其特征在于，超混沌并行擴(kuò)散過(guò)程、量子

logistic擴(kuò)散過(guò)程、3維Baker置亂過(guò)程

(1)超混沌并行擴(kuò)散過(guò)程

用A表示一個(gè)大小為m×n的灰度圖像，進(jìn)行下面并行擴(kuò)散過(guò)程：

步驟1：首先輸入Lorenz混沌映射的初始密鑰x₁、x₂、x₃,代入式(1)進(jìn)行200次迭

代，然后舍棄其前200次迭代結(jié)果，繼續(xù)進(jìn)行迭代，得到一個(gè)長(zhǎng)度為m的新的混沌序列M＝(x₁，x₂，x₃，…，x_m)。

其中，x₁、x₂、x₃----狀態(tài)變量；a、b、c----系統(tǒng)參數(shù)。當(dāng)取a＝8/3，b＝10，c＝28時(shí)，系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)。

步驟2：將輸入Chen變換的初始密鑰x₄、x₅、x₆,代入式(2)進(jìn)行200次迭代，然后舍棄

其前200次迭代結(jié)果，繼續(xù)進(jìn)行迭代，得到一個(gè)長(zhǎng)度為n的新的混沌序列N＝(x₁，x₂，x₃，…，x_％)。

其中，x₄、x₅、x₆----狀態(tài)參數(shù)；α，β，γ----系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)α＝35，β＝3，γ-＝28時(shí)，Chen系統(tǒng)處于混沌狀態(tài)。

步驟3：選去明文圖像的像素值，以(i,j)這點(diǎn)像素值為例進(jìn)行說(shuō)明。得到(i,j)的像素值為a_ij，并將a_ij代進(jìn)式(3)中計(jì)算得到r的值，最后并根據(jù)表1，得到Lorenz映射以及Chen映射相對(duì)應(yīng)序列。

r＝mod(α_ij×10⁴,6)(3)

表1 Lorenz與Chen組合