基于比特置乱的量子混沌图像加密方法技术

本发明专利技术公开了一种基于比特置乱的量子混沌图像加密方法，所述加密方法包括：利用Logistic量子混沌系统生成混沌序列，对原始图像p的R、G、B三基色分量像素值进行比特位置乱，得到中间置乱图像I，再对中间置乱图像I进行加密操作，得到最终加密图像q。本发明专利技术加密方法大大增加了密钥空间，使得安全性、加密效果和密钥敏感性更高，抗攻击能力更强，大大提高了破译难度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像加密方法，更具体地说，尤其涉及一种基于比特置乱的量子混沌图像加密方法。
技术介绍
密码学中提出，一种良好的加密方法不仅应有足够大密钥空间，而且应对明文密钥都极为敏感，还应相邻数据不相关，加密后信息分布均匀，这些特性为了抵抗穷举攻击、差分攻击、等攻击方式。在2008年，首次提到一种基于置乱和替代结构的超混沌图像加密方法，现阶段，人们提出以下三类新混沌图像加密方法：1、基于复杂混沌系统图像加密方法，例如：ZhuCongxu在Anovelimageencryptionschemebasedonimprovedhyperchaoticsequences文中提出了基于超混沌系统进行先后两次扩散加密方法(OpticsCommunications，2012，285(1):29-37)；2、在变换域中进行图像加密方法，例如：LiuZhengjun等在ColorimageencryptionbyusingArnoldtransformandcolorblendoperationindiscretecosinetransformdomains文中提出了结合DCT对DC系数进行扩散和置乱加密方法(OpticsCommunications，2011，284(1):123-128)；ZhangXiaoqiang等在Remotesensingimageencryptioninhybriddomains文中提出了基于WT的卫星混沌加密方法(OpticsCommunications，2012，285(7):1736-1743)和BhatnagarG等在Imageandvideoencryptionbasedondualspacefillingcurves文中提出了基于FrWT混沌图像加密方法(ComputerJournal，2012，55(6):667-685)；3、基于量子混沌系统图像加密方法，例如：Tajima等在Practicalquantumcryptosystemformetroareaapplications文中运用量子混沌的物理过程对图像进行加密(IEEEJournalofSelectedTopicsinQuantumElectronics，2007，13(4):1031-1038)；Akhshani等在AnimageencryptionschemebasedonquantumLogisticmap文中首次仅使用量子混沌非线性方程对图像加密(CommunicationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation，2012，17(12):4653-4661)。此类图像加密方法中，由于中间密钥和明文无关，因此对明文选择攻击防御不佳。此后有人对该方法进行了改进，但也仅仅只是在算法中对像素值替换时增加了反馈，和明文无关，对明文选择攻击防御效果亦不佳。总的看来，这类加密方法存在一些或多或少缺陷，导致对选择密文和选择明文攻击防御性不好，很多基于上述理论的方法纷纷被选择明文攻击破译。现有混沌图像加密方法中，由于计算机对浮点数运算造成精度丢失，会导致混沌出现周期性，因此这类混沌图像加密方法不能很好的应用于实际。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于比特置乱的量子混沌图像加密方法，解决计算机精度丢失问题，降低明文间的相关性，抵抗选择密文攻击和选择明文攻击，提高破译难度。为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种基于比特置乱的量子混沌图像加密方法，包括以下步骤：(1)输入RGB格式的图像大小为m×n的原始图像p；(2)利用量子混沌系统生成混沌序列，对所述原始图像p的像素进行比特位置乱操作，得到中间置乱图像I，所述量子混沌系统为Logistic量子混沌系统，其动力学方程为xn+1=r(xn-|xn|2)-rynyn+1=-yne-2β+e-βr[(2-xn-xn*)yn-xnzn*-xn*zn]zn+1=-zne-2β+e-βr[2(1-xn*)zn-2xln]yn-xn]]>式中，r为可调参数，β是耗散参数，xn、yn、zn是系统的状态值，分别是xn和zn的复共轭，系统参数取值r∈(3.74,4.00)，β≥3.5，状态值x∈(0,1)，y∈(0,0.2461)，z∈(0,0.2461)时，系统呈现混沌特性；所述步骤(2)的具体操作步骤为：2.1)设定量子混沌系统的初始值x0,y0,z0,r0,β0作为密钥输入，将量子混沌系统迭代K次(100≤K≤300)后的值舍弃，继续将量子混沌系统进行m×n次迭代，取出X、Y、Z的值分别得到长度为m×n的混沌序列X＝{X1,X2,X3,…,Xm×n本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于比特置乱的量子混沌图像加密方法，其特征在于：所述加密方法包括以步骤：(1)输入RGB格式的图像大小为m×n的原始图像p；(2)利用量子混沌系统生成混沌序列，对所述原始图像p的像素进行比特位置乱操作，得到中间置乱图像I，所述量子混沌系统为Logistic量子混沌系统，其动力学方程为xn+1=r(xn-|xn|2)-rynyn+1=-yne-2β+e-βr[(2-xn-xn*)yn-xnzn*-xn*zn]zn+1=-zne-2β+e-βr[2(1-xn*)zn-2xnyn-xn]]]>式中，r为可调参数，β是耗散参数，xn、yn、zn是系统的状态值，分别是xn和zn的复共轭，系统参数取值r∈(3.74,4.00)，β≥3.5，状态值x∈(0,1)，y∈(0,0.2461)，z∈(0,0.2461)时，系统呈现混沌特性；所述步骤(2)的具体操作步骤为：2.1)设定量子混沌系统的初始值x0,y0,z0,r0,β0作为密钥输入，将量子混沌系统迭代K次(100≤K≤300)后的值舍弃，继续将量子混沌系统进行m×n次迭代，取出X、Y、Z的值分别得到长度为m×n的混沌序列X＝{X1,X2,X3,…,Xm×n}、Y＝{Y1,Y2,Y3,…,Ym×n}和Z＝{Z1,Z2,Z3,…,Zm×n}；2.2)在步骤2.1)的混沌序列中分别取出X、Y、Z中的第i个实数值Xi、Yi、Zi，取Xi数值的前8位非零数字生成数组序列W＝{W1,W2,W3,…,W8}，取Yi数值的前8位非零数字生成数组序列L＝{L1,L2,L3,…,L8}，取Zi数值的前8位非零数字生成数组序列Q＝{Q1,Q2,Q3,…,Q8}，其中i取值从1开始，下同；2.3)将步骤2.2)所得的数组序列W、L、Q分别按升序排成由小到大的有序序列W′、L′、Q′，如果数列中有相同的元素，则规定在有序数列中先放下标较小的那个元素，对于W′在W数组中的位置使用一个新数组序列Wt＝{Wt1,Wt2,Wt3,…,Wt8}来表示，对于L′在L数组中的位置使用一个新数组序列Lt＝{Lt1,Lt2,Lt3,…,Lt8}来表示，对于Q′在Q数组中的位置使用一个新数组序列Qt＝{Qt1,Qt2,Qt3,…,Qt8}来表示；2.4)分离原始图像p中第i个像素点的R、G、B三基色分量，将R、G、B三基色分量像素值从十进制转化为二进制，并用数组Rbit＝{Rbit1,Rbit2,Rbit3,…,Rbit8}、Gbit＝{Gbit1,Gbit2,Gbit3,…,Gbit8}和Bbit＝{Bbit1,Bbit2,Bbit3,…,Bbit8}分别对该像素点的R、G、B像素值比特位进行描述，然后使用步骤2.3)得到的Wt、Lt和Qt序列，分别对数组Rbit、Gbit和Bbit进行置乱，置乱后，得到该像素点的新的R、G、B像素值比特位排列R′bit＝{R′bit1,R′bit2,R′bit3,…,R′bit3}、G′bit＝{G′bit1,G′bit2,G′bit3,…,G′bit3}和B′bit＝{B′bit1,B′bit2,B′bit3,…,B′bit3}；2.5)令i＝i+1，对图片进行遍历，依次对原始图像p中的每个像素点进行步骤2.2)到2.4)的操作，直到i＝m×n，完成对图片中所有像素点的R、G、B像素值比特位的全局置乱；2.6)将步骤2.5)全局置乱后的R、G、B比特位像素值从二进制转换成十进制，即得到中间置乱图像I，转换后的十进制数值即为中间置乱图像I的单个像素点的值，称为中间密文C′i；(3)对中间置乱图像I进行加密操作，得到最终加密图像q，该加密操作的具体步骤为：3.1)对中间置乱图像I中第i个像素点的值即中间密文C′i进行Di＝mod(C′i×248,255)和Ci＝mod(Di+C′i,255)的加密运算，求得该像素点的最终密文Ci；3.2)令i＝i+1，对图片进行遍历，依次对中间置乱图像I中的每个像素点进行步骤3.1)的加密运算，直到i＝m×n，加密结束，得到最终加密图像q。...

【技术特征摘要】
1.一种基于比特置乱的量子混沌图像加密方法，其特征在于：所述加密方法包括以步
骤：
(1)输入RGB格式的图像大小为m×n的原始图像p；
(2)利用量子混沌系统生成混沌序列，对所述原始图像p的像素进行比特位置乱操作，
得到中间置乱图像I，所述量子混沌系统为Logistic量子混沌系统，其动力学方程为
xn+1=r(xn-|xn|2)-rynyn+1=-yne-2β+e-βr[(2-xn-xn*)yn-xnzn*-xn*zn]zn+1=-zne-2β+e-βr[2(1-xn*)zn-2xny...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢国波，杨彬，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44