一种基于量子混沌映射与SHA-3的非对称图像加密方法技术

本发明专利技术涉及图像加密技术领域，提出一种基于量子混沌映射与SHA‑3的非对称图像加密方法，包括以下步骤：采用RSA算法随机生成密钥对；对待加密的明文图像P进行预处理；对预处理后的图像进行SHA‑3的哈希散列计算得到明文消息值，并秘密保存；利用RSA算法和公开的公钥对明文消息值进行加密，得到密文消息值，然后通过构造数学模型，将明文消息值和的密文消息值输入数学模型中进行计算，生成量子混沌映射的初始密钥；将量子混沌映射的初始密钥代入量子混沌映射的公式中得到密钥流序列；根据密钥流序列对预处理后的图像依次进行循环置乱、异或扩散加密、循环置乱、加取模扩散加密操作，得到最终的密文图像。

【技术实现步骤摘要】
一种基于量子混沌映射与SHA-3的非对称图像加密方法
本专利技术涉及图像加密
，更具体地，涉及一种基于量子混沌映射与SHA-3的非对称图像加密方法。
技术介绍
数字图像作为多媒体信息中最重要的一种信息表达形式，在生活上占据着重要的地位。而图像在网络的传播过程中，存在着一定的风险，特别是隐私图像。因此，图像交流与传输的安全问题受到了业界专家学者的广泛关注。密码学技术的应用主要是指对数据提供机密性、完整性、可认证性、可身份识别、可控性以及不可抵赖性等问题。密码学按密码体制分类可分为两大类：对称密码技术和非对称(公钥)密码技术，其中非对称(公钥)密码技术主要提供一对公私密钥，公钥公开，私钥秘密保存，能够有效地进行密钥管理与分发。经典的公钥密码技术主要有RSA公钥密码系统、ElGamal公钥密码系统和椭圆曲线(ECC)公钥密码系统。目前，国内外专家学者针对图像加密算法的设计提出了许多见解和改进方案，如公开号为CN109951278A(公开日：2019-06-28)提出的一种基于广义混沌同步系统的非对称数字图像加密方法，将混沌序列应用于数字本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于量子混沌映射与SHA-3的非对称图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1：采用RSA算法随机生成密钥对；/nS2：获取待加密的明文图像P，对所述明文图像P进行预处理；/nS3：对预处理后的图像进行SHA-3的哈希散列计算，得到32个哈希散列值，并对所述哈希散列值进行分组计算，得到三个明文消息值，并秘密保存；/nS4：利用RSA算法和公开的公钥对三个明文消息值进行加密，得到三个公开的密文消息值，然后通过构造数学模型，将所述三个明文消息值和三个公开的密文消息值输入所述数学模型中进行计算，生成量子混沌映射的初始密钥；然后，将所述量子混沌映射的初始密钥代入量子混沌映射的公式中进行迭...

【技术特征摘要】
1.一种基于量子混沌映射与SHA-3的非对称图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：采用RSA算法随机生成密钥对；
S2：获取待加密的明文图像P，对所述明文图像P进行预处理；
S3：对预处理后的图像进行SHA-3的哈希散列计算，得到32个哈希散列值，并对所述哈希散列值进行分组计算，得到三个明文消息值，并秘密保存；
S4：利用RSA算法和公开的公钥对三个明文消息值进行加密，得到三个公开的密文消息值，然后通过构造数学模型，将所述三个明文消息值和三个公开的密文消息值输入所述数学模型中进行计算，生成量子混沌映射的初始密钥；然后，将所述量子混沌映射的初始密钥代入量子混沌映射的公式中进行迭代，分别舍弃前k个迭代值，得到密钥流序列；
S5：对预处理后的图像分别进行行和列方向的循环置乱，得到第一置乱图像；
S6：将所述第一置乱图像中的奇数行和奇数列与所述密钥流序列进行异或扩散加密操作，得到中间图像；
S7：对所述中间图像进行行和列方向的循环置乱，得到第二置乱图像；
S8：将所述第二置乱图像的偶数行和偶数列与所述密钥流序列进行加取模扩散加密操作，得到最终的密文图像。


2.根据权利要求1所述的非对称图像加密方法，其特征在于：所述S1步骤中，采用RSA算法随机生成密钥对的具体步骤如下：
S1.1：随机选取两个不同的素数p和q，计算公共模数n和欧拉函数其计算公式如下：
n＝p×q



其中，所选取的素数p和q作为私钥；
S1.2：确定一个整数e满足以下表达式：

且
其中，表示欧拉函数与整数e为互质数；再根据以下公式计算整数d：



其中，整数对(e,n)表示公钥，用于对外公开使用；数组(p,q,d)作为私钥秘密保存。


3.根据权利要求2所述的非对称图像加密方法，其特征在于：所述S2步骤中，对明文图像P进行预处理的具体步骤如下：
获取明文图像P的尺寸，记为M×N；生成固定矩阵AM×N，其中矩阵AM×N的值逐行依次为0-255简单分布；将矩阵AM×N与明文图像P进行加取模运算得到完成预处理的图像B，其表达公式如下：
B＝(P+AM×N)mod256。


4.根据权利要求3所述的非对称图像加密方法，其特征在于：所述S3步骤中，对所述32个哈希散列值进行分组计算的具体步骤如下：
从所述32个哈希列值中取其奇数位上的数并求和作为第一组数据m′1，从剩余的哈希散列值中再次取其奇数位上的数并求和作为第二组数据m′2，对剩余的哈希散列值进行求和作为第三组数据m′3，然后对数据m′1、m′2、m′3进行计算，得到明文消息m1、m2、m3；其计算公式如下：
mi＝m′imod32+1
其中，i＝1,2,3。


5.根据权利要求4所述的非对称图像加密方法，其特征在于：所述S4步骤中，其具体步骤如下：
利用RSA算法和公钥e对明文消息m1、m2、m3进行加密；其加密表达公式如下：



构建数学转换模型，将明文消息m1、m2、m3及其加密消息c1、c2、c3输入所述数学转换模型中，计算得到量子混沌映射的初始密钥x0、y0、z0；其表达公式如下：









其中，表示向上取整；
然后将所述的初始密钥x0、y0、z0代入量子混沌系统方程中进行迭代，分别舍弃前k个迭代值，得到长度为MN的三个密钥流序列x、y、z。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄小玲，焦开心，叶国栋，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：广东;44