[发明专利]一种量子混沌的并行图像加密方法

说明书

针对当今传统的串行混沌加密算法存在的不足，本发明提出一种基于量子混沌的并行图像加密算法。该算法首先以超混沌Lorenz映射与Chen映射生成的序列作为并行加密的输入序列，再将生成的中间密文作为量子logistic映射的输入，最后进行三维Baker最乱操作，最终达到隐藏明文信息的效果。实验仿真表明，本分明算法不仅在加密速度上远远高于传统的串行加密，而且还能有效抵抗统计特征攻击、差分攻击，达到很好的加密效果。

技术领域

本发明属于灰度图像加密方法，更具体地说，尤其设计一种新型的超混沌图像加密方法。

背景技术

随着互联网技术的高速发展，图像信息的传输成为人们生活必不可少的环节，然而以互联网为载体的图像传输过程存在的安全隐患受到越来越多海内外学者的关注。图像信息本身具有强大相关性和冗余性，而传统的加密方法，如数据加密标准(DES)、三重-数据加密标准(3-DES)、国际数据加密算法(IDEA)、改进的加密标准(AES)和RSA(RivestShamir-Adleman)，是针对文本信息加密而设计的，不适合图像加密当中。

近年来专家提出许多新的图像加密技术，如超混沌系统，与logistics、chebyshev、Baker等传统混沌系统相比，具有以下优点：1)具有两个或两个以上的正Lyapunov指数；2)具有更加复杂的动力行为；3)具有更加大的密钥空间与更强的密钥敏感性等。Tajima等人还提出运用量子混沌的物理过程对图像加密，Akhshani等人首次首次运用量子混沌非线性方程对图像加密。

常见的的基于混沌图像加密的的方法可分为两大类：一类是混沌扩散运算，通改变像素点的灰度值，达到图像加密的效果。另一类是混沌置乱运算，通过改变像素点的位置值，从而达到难以辨认的效果。

这两类混沌图像加密方法普遍存在下面不不足之处：这两类方法加密后的密文图像的直方图存在明显的分布不均情况，容易让破解者根据像素值推断明文信息。并且密文与明文关联性不强，易受到特殊的明文(密文)这类算法攻击。此外，上述加密方法密钥单一，密钥空间较小，难以抵制解密者的统计特性方法攻击，以及穷举攻击，极容易泄露图像信息，而且这两类方法多用于图像串行加密过程，对于图片量比较大的情况下，加密速度很慢。总得来说上述两类方法不适合直接用于混沌图像加密当中。

发明内容

针对上述加密方法存在的不足之处，本发明提出一种基于量子混沌的并行图像加密方法。该方法能够很好地解决直方图不均匀，明文与密文相关性不够强，密钥空间不够大，加密速度较慢等缺点，从而达到很好的加密效果。

本发明所述的基于量子混沌的并行加密方法，其特征在于，超混沌并行扩散过程、量子

logistic扩散过程、3维Baker置乱过程

(1)超混沌并行扩散过程

用A表示一个大小为m×n的灰度图像，进行下面并行扩散过程：

步骤1：首先输入Lorenz混沌映射的初始密钥x₁、x₂、x₃，代入式(1)进行200次迭代，然后舍弃其前200次迭代结果，继续进行迭代，得到一个长度为m的新的混沌序列M＝(x₁，x₂，x₃，…，x_m)。

其中，x₁、x₂、x₃----状态变量；a、b、c----系统参数。当取a＝8/3，b＝10，c＝28时，系统处于混沌状态。

步骤2：将输入Chen变换的初始密钥x₄、x₅、x₆，代入式(2)进行200次迭代，然后舍弃