[发明专利]基于克罗内克积的量子混沌光学图像加密解密方法

说明书

基于克罗内克积的量子混沌光学图像加密解密方法，涉及光学信息安全技术领域，解决现有光学图像加密技术非线性不足的安全缺陷，本发明基于四维量子Dicke混沌系统和分数阶Hartley变换的光学图像的加密解密方法，由于量子混沌系统所具备的非线性特性，弥补了传统光学图像加密技术线性特征不足的安全缺陷。以分数阶的量子细胞神经网络超混沌系统作为密钥生成器，使得密钥具有更大的空间，可以安全抵抗暴力攻击。量子化的Dicke模型由四维量子Dicke混沌系统和复合混沌映射生成的量子混沌随机相位模板具有良好的随机性。采用的分数阶Hartley光学变换比整数阶的变换提供了更多可以选择的控制参数。加密过程中所使用的克罗内克积模板增强了光学加密方法的非线性安全特征。

技术领域

本发明涉及光学信息安全技术领域，具体涉及一种基于克罗内克积的量子混沌光学图像加密解密方法。

背景技术

信息的加密是当今信息安全领域中的重要内容，其中的光学信息加密技术由于其并行性、高速度和低成本而倍受人们的青睐。20世纪90年代以后，计算机硬件、软件的发展以及Internet的产生将人们带入信息社会。各行各业对信息技术广泛应用，自然迫切地需要一种安全、高效的信息加密技术。传统加密技术主要依靠计算机或数字信号处理器等电子手段来实现，这些方法受到速度和成本的限制。一些研究人员自然地转向利用光学或光电方法加密。光学信息处理技术本身具有高速度、并行性的特点；光的波长短、信息容量大；同时又具有振幅、相位、波长、偏振等多种属性,是多维的信息载体。这些优点使得利用光学信息处理技术完成数据加密等任务与利用电子手段相比具有天然的优势。自从1995年双随机相位光学加密技术被首次提出以来，科研人员设计了大量双随机相位的光学图像加密方法。但是，随着研究的深入，人们发现传统的光学图像加密技术存在着非线性不足的缺陷，给系统带来了安全隐患。

混沌系统具有复杂性、非线性、对初值和参数的极端敏感、以及非周期性和伪随机特性，将其应用于光学图像加密可以弥补光学加密技术的非线性安全缺陷。近年来，随着量子信息科学的发展，人们开始尝试利用一些量子信息概念来理解量子混沌并取得了丰硕的研究成果，Dicke哈密顿函数是一种量子光学模型，当它的参数趋于临界值时，会有混沌现象出现，该模型在现代物理学的很多领域中有着广泛应用。同时分数阶量子细胞神经网络超混沌系统拥有比普通混沌系统更高的非线性特征和敏感性。而且以分数阶量子细胞神经网络构造的超混沌加密系统，具有更高的密钥维度和更复杂的动力特征，将其和光学图像加密结合起来已经成为研究的热点。

发明内容

本发明为解决现有光学图像加密技术非线性不足的安全缺陷，提供一种基于克罗内克积的量子混沌光学图像加密解密方法。

基于克罗内克积的量子混沌光学图像加密解密方法，该方法由以下步骤实现：

设定用户加密密钥，由分数阶三细胞量子细胞神经网络超混沌系统的控制参数、初值、阶数以及迭代次数组成；

步骤一、以大小为N×N的的灰度图像作为原始图像f；

步骤二、以用户加密密钥中的分数阶三细胞量子细胞神经网络超混沌系统的控制参数、初值、阶数、迭代次数，迭代分数阶三细胞量子细胞神经网络超混沌系统，获得大小为T*6的矩阵FQCNN，T为加密密钥中的迭代次数；

步骤三、设定用户密钥集合由随机矩阵A、随机矩阵B、四维量子Dicke混沌系统初值、复合混沌映射的初值以及分数Hartley变换阶数构成；

步骤四、以步骤三中四维量子Dicke混沌系统初值，迭代四维量子Dicke混沌系统N×N/2次，得到长度为N×N/2的四维矩阵PD；将PD拆分为两个大小为N×N的混沌矩阵PDA和混沌矩阵PDB；

步骤五、采用复合混沌映射置乱步骤四所述的混沌矩阵PDA和混沌矩阵PDB，获得置乱后的混沌矩阵EPDA和置乱后的混沌矩阵EPDB；