[發(fā)明專利]基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210185470.4
• 申請(qǐng)日: 2022-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN114579993A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃紅梅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F21/60
• 分類號(hào): G06F21/60;H04N1/44;H04L9/08
• 代理公司: 北京和聯(lián)順知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11621
• 代理人: 張學(xué)淵

本發(fā)明公開了信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一種基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法，包括以下步驟：S1：圖像預(yù)處理；S2：QKD密鑰生成；S3：圖像的像素置亂+QKD加密；S4：利用生成的QDK密鑰進(jìn)行解密；S5：像素恢復(fù)；S6：獲取原圖像；本發(fā)明基于量子密鑰分發(fā)的圖像加密算法中使用的密鑰是由量子密鑰分發(fā)協(xié)議生成，相比其他經(jīng)典圖像加密算法最大的優(yōu)點(diǎn)是安全性高，通過對(duì)加密算法進(jìn)行性能分析，得出該算法統(tǒng)計(jì)特性好，能有效防止統(tǒng)計(jì)攻擊；加密后的圖像三個(gè)方向上的相關(guān)性非常弱，使得攻擊者無法利用相關(guān)性獲取有用信息；明文圖像與密文圖像的像素差異性越大；密文圖像的信息熵非常接近理想值，可抵抗信息熵的攻擊。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法。

背景技術(shù)

圖像是信息承載的重要方式，圖像在傳輸中的安全性一直是信息安全領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)方向，為此各類圖像加密算法被提出，有基于各種變換理論的加密算法，有基于混沌理論的加密算法，有將變換理論和混沌理論結(jié)合實(shí)現(xiàn)加密的，但這都是經(jīng)典領(lǐng)域的加密算法。傳統(tǒng)的經(jīng)典圖像加密算法安全性低，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的需求。量子力學(xué)的發(fā)展，給信息安全傳輸帶來新的思路。利用量子力學(xué)自身的特性，可實(shí)現(xiàn)信息的無條件安全傳輸。

因此，亟需設(shè)計(jì)一種基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法，包括以下步驟：

S1：圖像預(yù)處理；

S2：QKD密鑰生成；

S3：圖像的像素置亂+QKD加密；

S4：利用生成的QDK密鑰進(jìn)行解密；

S5：像素恢復(fù)；

S6：獲取原圖像。

進(jìn)一步的，上述基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法中，在上述S3中，通過量子密鑰分發(fā)協(xié)議已經(jīng)獲取了量子密鑰，根據(jù)要發(fā)送的圖像，將產(chǎn)生的密鑰變成與待加密圖像同樣的像素矩陣，并對(duì)兩個(gè)矩陣的對(duì)應(yīng)像素進(jìn)行簡(jiǎn)單的異或運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)加密。

進(jìn)一步的，上述基于量子密鑰分發(fā)和像素置亂的圖像加密方法中，假設(shè)某2^N×2^N灰度圖像，每個(gè)像素需要8個(gè)比特存儲(chǔ)顏色信息，顏色值范圍為{0,1，……，255}，將灰度圖像轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二維像素矩陣表示為A；

公式(1)矩陣A中A_ij是圖像的像素值，每個(gè)像素值A(chǔ)_ij(i＝1…n,j＝1…n)在[0，255]之間取值；將每個(gè)像素值A(chǔ)_ij轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制碼組[a_ij0a_ij1…a_ij7](a_ij0，a_ij1，…a_ij7分別取值為0或1)，矩陣變?yōu)锳₁；

利用QKD產(chǎn)生量子密鑰，可生成一維量子密鑰序列為{b₁,b₂,…,b_M}(b₁,b₂,…,b_M分別取值為0或1)滿足M＝8NN，將8個(gè)元素為一組，生成一個(gè)碼組，組成與待加密圖像像素一樣行列的矩陣B，如公式(3)所示；