[发明专利]一种基于受控魔方和交替量子漫步的图像加密方法

说明书

本发明公开一种基于受控魔方和交替量子漫步的图像加密方案，该方法采用量子漫步以生成控制序列和加密序列，将二维图像平均分割为6部分代表魔方的6个表面，顺序选取其中的像素以构成若干个三阶魔方，利用控制序列控制魔方旋转来完成图像的空间位置置乱，并将之乱后图像依据魔方移位原则对像素值初步加密，最后将置乱加密的图像与加密序列进行异或处理得到加密图像，其优点在于，具有密钥空间大、密钥敏感性强的优势，能够抵抗统计分析攻击、任何暴力攻击的能力，使图像加密的安全性更高。

技术领域

本发明属于图像加密领域，具体为一种基于受控魔方和交替量子漫步的图像加密方法。

背景技术

随着科学技术的发展，给我们的生产生活带来了翻天覆地的变化。随着大数据和物联网的的蓬勃发展，传感器和网络得到了广泛的应用，产生了大量的信息数据。目前像数字、文字、图像、音视频等多媒体信息在互联网上广泛传播。海量的信息通过各种媒介在网络上传输，而这些信息往往都或多或少的包含许多人的个人隐私等秘密信息。因此对信息的安全保护已然成为大众的必然需求，尤其是携带大量数据的图像信息的安全保护。目前，利用魔方变换对图像进行加密，虽然取得了一定的效果，但是由于传统的魔方变换只能按照固定的方向完成变换，使其安全性不足。

发明内容

基于上述问题，本发明提出基于受控魔方和交替量子漫步的图像加密方案，通过量子漫步获得控制序列，控制魔方旋转变换，使其旋转方式具有随机性，图像像素空间位置置乱效果好。本发明引入量子漫步使加密算法具有密钥空间大、密钥敏感性强的优势，能够抵抗统计分析攻击、任何暴力攻击的能力，使图像加密的安全性更高。其技术方案为，

一种基于受控魔方和交替量子漫步的图像加密方法，包括以下步骤，

S1.输入传输图像，并实现量子漫步，硬币态在初始态为ψ₀，经过N步行走之后得到一个概率分布矩阵，

其中，P为概率，(x,y)为硬币态在二位坐标轴上的坐标位置，N表示行走步数；

S2.将图像行和列进行均分，组成6个集合，以代表魔方的六个面的集合；

S3.在魔方六个面的集合中分别顺序挑选9个像素值，构建具有54个像素值的若干三阶魔方；

S4.将通过量子漫步得到的概率矩阵进行改造使其成为范围在0-11的控制序列K，0-11的整数分别代表12种控制旋转的方式，通过控制序列控制魔方旋转得到置乱图像，

K＝fix(P×10¹²)mod12

S5.利用控制序列实现对图像的置乱处理，得到始加密图像I₁；

S6.转换通过量子漫步得到的概率矩阵成为范围在0-255的加密序列，并将其与初始加密图像进行按位异或，得到加密图像I_en，

其中L为加密序列。

进一步优选的，步骤S1中，若传输图像是彩色图像，则将图像分离为R、 G、B三通道图像后再分别进行量子漫步；若传输图像若是灰度图像，则直接进行量子漫步。

进一步优选的，步骤S2中，将单个通道的图像的行二等分，列三等分，或者对行三等分，列二等分，对像素值大小不足的图像在行或列的尾部补足像素值，使行值或列值是0-255内的像素值。

进一步优选的，步骤S5中，通过设置移位寄存器完成像素初步加密的效果：将图像转二进制后根据魔方移位原则按位循环移位改变像素值，设定0-5表示循环右移且移位数对应1-6，6-11表示循环左移且移位数对应1-6，将移位后的图像重新转化为十进制图像得到初始加密图像I₁。