[發明專利]基于分數階量子混沌的一次一密光學圖像加密解密方法

有效

• 申請號: 201810924566.1
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN109086617B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 李錦青;底曉強;從立鋼;任維武;畢琳;解男男;祁暉;丁強;趙鴻雁;宋超群;孫蘇鵬;馬帥;蔡彬彬;陳曉冬;滿振龍;管紅梅
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;H04L9/00
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 王丹陽

基于分數階量子混沌的一次一密光學圖像加密解密方法，涉及光學信息安全技術領域，解決現有光學圖像加密技術非線性不足的安全缺陷，以及不能抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊的安全漏洞問題，本發明彌補了傳統光學圖像加密技術線性特征不足的安全缺陷，并且分數階的量子混沌系統具有更高的密鑰維度，更大的密鑰空間，更強的敏感性，抵抗各種安全攻擊的能力更強，同時由于量子混沌系統是由量子點和量子細胞自動機以庫倫作用相互傳遞信息的新型納米級器件，具有超高集成度，低功耗，無引線集成等優點。本加密方法所生成的隨機相位模板與明文相關，即當加密方加密不同明文圖像時，即使所使用的用戶密鑰是相同的，其生成的隨機相位模板也是不同的。

技術領域

本發明涉及光學信息安全技術領域，具體涉及一種基于分數階量子混沌與變形分數傅里葉變換的一次一密光學圖像加密解密方法。

背景技術

隨著信息技術的快速發展，一些利用光信號、量子信號等物理量來承載信息，并通過物理變換的加密方法應運而生。圖像文件的數據量大，用傳統加密方法加密圖像的效率低，光學信息系統并行處理能力強，數據處理速度快，而且所處理的信息量越大，這種相對于電子信息系統的優勢就越明顯。光學信息系統的參數還可以作為用戶密鑰，增加密鑰空間，因此光學圖像加密技術具有廣闊的應用空間。

光學圖像加密系統中明文與密文滿足物象關系，從本質上來說是一種線性系統。這種非線性不足的缺陷具有較大安全隱患。

分數階量子細胞神經網絡超混沌系統擁有非線性特征和高敏感性，以分數階量子細胞神經網絡構造的超混沌加密系統，比傳統技術具備更高的密鑰維度，更加復雜的動力特征。將其與光學圖像加密技術結合，可以有效的增強加密系統的非線性特征，提高加密系統的安全性。

發明內容

本發明為解決現有光學圖像加密技術非線性不足的安全缺陷，以及不能抵抗已知明文攻擊和選擇明文攻擊的安全漏洞，導致效率低等問題，提供一種基于分數階量子混沌的一次一密光學圖像加密解密方法。

基于分數階量子混沌的一次一密光學圖像加密解密方法，設定用戶加密密鑰，由復合混沌映射的初值和控制參數；兩組分數階量子細胞神經網絡超混沌系統的初值，控制參數，階數和迭代次數；變形分數傅里葉變換的級數共同組成；

該方法由以下步驟實現：

步驟一、將大小為N*N的彩色明文圖像按紅、綠、藍三個色彩分量分解為三個大小為N*N的紅色分量矩陣RA、綠色分量矩陣GA和藍色分量矩陣BA；

步驟二、采用加密密鑰中的復合混沌映射的初值和控制參數對步驟一所述的紅色分量矩陣RA和綠色分量矩陣GA進行復合混沌映射的置亂操作，獲得置亂后的紅色分量矩陣ERA和置亂后的綠色分量矩陣EGA；

步驟三、將步驟二獲得的置亂后的紅色分量矩陣ERA和置亂后的綠色分量矩陣EGA分別進行矩陣變形，獲得置亂后的紅色分量序列SERA和置亂后的綠色分量序列SEGA；

步驟四、采用加密密鑰中的兩組分數階量子細胞神經網絡超混沌系統的初值和控制參數，階數，迭代次數，迭代兩細胞分數階量子細胞神經網絡系統，生成四維矩陣Fqcnn1和四維矩陣Fqcnn2；

步驟五、將步驟四所述的四維矩陣Fqcnn1拆分為一個長度為N*N的混沌流序列SFqcnn1和一個大小為N*N的方形隨機矩陣C1；將步驟四所述四維矩陣Fqcnn2拆分為一個長度為N*N的混沌流序列SFqcnn2和一個大小為N*N的方形隨機矩陣C2；

步驟六、采用步驟三所述置亂后的紅色分量序列SERA和綠色分量序列SEGA分別與步驟五所述混沌流序列SFqcnn1和SFqcnn2生成擴散密鑰流KStream1和擴散密鑰流KStream2；