[发明专利]基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密及解密方法

权利要求书

1.一种基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据随机密钥与原始明文图像通过计算生成256位哈希值，将256位哈希值作为加密密钥，利用加密密钥生成准确密钥特征；

步骤2：利用加密密钥生成五维超混沌系统初值并产生混沌序列，并利用DNA编码将混沌序列转换成DNA序列；

步骤3：利用超Lorenz混沌映射与随机数生成器得到的加密参数生成加密混沌序列；

步骤4：采用量子图像表示模型将加密混沌序列与原始明文图像转换成加密量子混沌序列与原始量子图像；

步骤5：利用加密量子混沌序列对原始量子图像进行CNOT操作，得到置乱量子图像；

步骤6：利用加密量子混沌序列和加密DNA序列对置乱量子图像进行DNA扩散运算，得到加密图像。

2.根据权利要求1所述的基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密方法，其特征在于，步骤1具体包括：

通过随机密钥发生器生成64位十六进制随机密钥；

计算原始明文图像的行值和列值，利用行值和列值生成MD5随机密钥，利用MD5随机密钥以及所述随机密钥得到256位哈希值；

将256位哈希值存储为十六进制格式，将其转换成十进制加密密钥，通过位异或方式得到密钥准确信息。

3.根据权利要求2所述的基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密方法，其特征在于，所述明文图像为彩色图像，利用行值和列值生成MD5随机密钥，包括：分别计算三通道的行向量之和与列向量之和，通过SHA-512哈希函数生成哈希值。

4.根据权利要求1所述的基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密方法，其特征在于，步骤2具体包括：

十进制加密密钥和密钥准确信息共同产生五维超混沌序列，具体的，十进制加密密钥每六位进行异或操作；十进制密钥的第31位和第32位与密钥准确信息相加得到一个迭代数S，当超混沌系统迭代S次之后，得到混沌序列，并进行存储；

对各个混沌序列进行相同的操作：x(i)＝(x(i)×10000)-floor(x(i)×10000)，其中，i＝1，2，3，…，ceil((M×N/5))×4，ceil为向右取整函数；

将取整后的混沌序列存入长度为M×N×4的序列Key中；

对Key进行如下操作得到Key3：Key3＝mod(floor(4×Key),4)，floor函数的功能是返回小于或等于指定表达式的最大整数，使Key3的值处于[0,3]，得到DNA序列。

5.根据权利要求4所述的基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密方法，其特征在于，超混沌系统的方程式为：

式中，a、b、c、d、e、f、l为系统参数，a＝30，b＝10，c＝15.7，d＝5，e＝2.5，f＝4.45，l＝38.5，x、y、z、u、w为初始值，通过加密密钥产生，为混沌系统产生的迭代值，产生五个混沌序列，每个混沌序列的长度为(M×N/5)×4。

6.根据权利要求1所述的基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密方法，其特征在于，步骤3中，随机数生成器生成的加密密钥作为超Lorenz混沌系统的初值x0、y0、z0、w0，其范围为，x0∈(-40,40)，y0∈(-40,40)，z0∈(1,81)，w0∈(-250,-250)。

7.根据权利要求1所述的基于多混沌与DNA运算的彩色量子图像加密方法，其特征在于，步骤3中，超Lorenz混沌方程式为：

式中，x、y、z、w为初始值，通过加密密钥产生，为混沌系统产生的迭代值，产生4个混沌序列，每个混沌序列的长度为ceil(M×N/2)×2，ceil函数为向右取整函数，然后分别将其存入M×N长度的两个零值序列中，得到加密混沌序列。