[發(fā)明專利]基于克羅內(nèi)克積的量子混沌光學(xué)圖像加密解密方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810922470.1
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN109120813B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李錦青;底曉強(qiáng);任維武;畢琳;解男男;祁暉;從立鋼;劉曉杰;趙巍;李佳歡;王歡;王晶春;丁勇;陳曉冬;滿振龍;管紅梅
• 申請（專利權(quán)）人: 長春理工大學(xué)
• 主分類號: H04N1/32
• 分類號: H04N1/32;H04L9/00;H04L9/08
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

基于克羅內(nèi)克積的量子混沌光學(xué)圖像加密解密方法，涉及光學(xué)信息安全技術(shù)領(lǐng)域，解決現(xiàn)有光學(xué)圖像加密技術(shù)非線性不足的安全缺陷，本發(fā)明基于四維量子Dicke混沌系統(tǒng)和分?jǐn)?shù)階Hartley變換的光學(xué)圖像的加密解密方法，由于量子混沌系統(tǒng)所具備的非線性特性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)光學(xué)圖像加密技術(shù)線性特征不足的安全缺陷。以分?jǐn)?shù)階的量子細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超混沌系統(tǒng)作為密鑰生成器，使得密鑰具有更大的空間，可以安全抵抗暴力攻擊。量子化的Dicke模型由四維量子Dicke混沌系統(tǒng)和復(fù)合混沌映射生成的量子混沌隨機(jī)相位模板具有良好的隨機(jī)性。采用的分?jǐn)?shù)階Hartley光學(xué)變換比整數(shù)階的變換提供了更多可以選擇的控制參數(shù)。加密過程中所使用的克羅內(nèi)克積模板增強(qiáng)了光學(xué)加密方法的非線性安全特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光學(xué)信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于克羅內(nèi)克積的量子混沌光學(xué)圖像加密解密方法。

背景技術(shù)

信息的加密是當(dāng)今信息安全領(lǐng)域中的重要內(nèi)容，其中的光學(xué)信息加密技術(shù)由于其并行性、高速度和低成本而倍受人們的青睞。20世紀(jì)90年代以后，計(jì)算機(jī)硬件、軟件的發(fā)展以及Internet的產(chǎn)生將人們帶入信息社會。各行各業(yè)對信息技術(shù)廣泛應(yīng)用，自然迫切地需要一種安全、高效的信息加密技術(shù)。傳統(tǒng)加密技術(shù)主要依靠計(jì)算機(jī)或數(shù)字信號處理器等電子手段來實(shí)現(xiàn)，這些方法受到速度和成本的限制。一些研究人員自然地轉(zhuǎn)向利用光學(xué)或光電方法加密。光學(xué)信息處理技術(shù)本身具有高速度、并行性的特點(diǎn)；光的波長短、信息容量大；同時又具有振幅、相位、波長、偏振等多種屬性,是多維的信息載體。這些優(yōu)點(diǎn)使得利用光學(xué)信息處理技術(shù)完成數(shù)據(jù)加密等任務(wù)與利用電子手段相比具有天然的優(yōu)勢。自從1995年雙隨機(jī)相位光學(xué)加密技術(shù)被首次提出以來，科研人員設(shè)計(jì)了大量雙隨機(jī)相位的光學(xué)圖像加密方法。但是，隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的光學(xué)圖像加密技術(shù)存在著非線性不足的缺陷，給系統(tǒng)帶來了安全隱患。

混沌系統(tǒng)具有復(fù)雜性、非線性、對初值和參數(shù)的極端敏感、以及非周期性和偽隨機(jī)特性，將其應(yīng)用于光學(xué)圖像加密可以彌補(bǔ)光學(xué)加密技術(shù)的非線性安全缺陷。近年來，隨著量子信息科學(xué)的發(fā)展，人們開始嘗試?yán)靡恍┝孔有畔⒏拍顏砝斫饬孔踊煦绮⑷〉昧素S碩的研究成果，Dicke哈密頓函數(shù)是一種量子光學(xué)模型，當(dāng)它的參數(shù)趨于臨界值時，會有混沌現(xiàn)象出現(xiàn)，該模型在現(xiàn)代物理學(xué)的很多領(lǐng)域中有著廣泛應(yīng)用。同時分?jǐn)?shù)階量子細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超混沌系統(tǒng)擁有比普通混沌系統(tǒng)更高的非線性特征和敏感性。而且以分?jǐn)?shù)階量子細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造的超混沌加密系統(tǒng)，具有更高的密鑰維度和更復(fù)雜的動力特征，將其和光學(xué)圖像加密結(jié)合起來已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有光學(xué)圖像加密技術(shù)非線性不足的安全缺陷，提供一種基于克羅內(nèi)克積的量子混沌光學(xué)圖像加密解密方法。

基于克羅內(nèi)克積的量子混沌光學(xué)圖像加密解密方法，該方法由以下步驟實(shí)現(xiàn)：

設(shè)定用戶加密密鑰，由分?jǐn)?shù)階三細(xì)胞量子細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超混沌系統(tǒng)的控制參數(shù)、初值、階數(shù)以及迭代次數(shù)組成；

步驟一、以大小為N×N的的灰度圖像作為原始圖像f；

步驟二、以用戶加密密鑰中的分?jǐn)?shù)階三細(xì)胞量子細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超混沌系統(tǒng)的控制參數(shù)、初值、階數(shù)、迭代次數(shù)，迭代分?jǐn)?shù)階三細(xì)胞量子細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)超混沌系統(tǒng)，獲得大小為T*6的矩陣FQCNN，T為加密密鑰中的迭代次數(shù)；

步驟三、設(shè)定用戶密鑰集合由隨機(jī)矩陣A、隨機(jī)矩陣B、四維量子Dicke混沌系統(tǒng)初值、復(fù)合混沌映射的初值以及分?jǐn)?shù)Hartley變換階數(shù)構(gòu)成；

步驟四、以步驟三中四維量子Dicke混沌系統(tǒng)初值，迭代四維量子Dicke混沌系統(tǒng)N×N/2次，得到長度為N×N/2的四維矩陣PD；將PD拆分為兩個大小為N×N的混沌矩陣PDA和混沌矩陣PDB；

步驟五、采用復(fù)合混沌映射置亂步驟四所述的混沌矩陣PDA和混沌矩陣PDB，獲得置亂后的混沌矩陣EPDA和置亂后的混沌矩陣EPDB；