[发明专利]一种量子图像加密方法及系统

说明书

本发明提出了一种量子图像加密方法及系统，涉及量子图像加密领域。一种量子图像加密方法包括：获取量子图像特征数据并建立图像和像素之间的关联，并根据随机密钥与图像和像素之间的关联生成hash值，将hash值作为加密密钥；将加密密钥进行传递，并通过混沌Logistic加密算法映射图像及像素数据特征生成加密混沌序列；将加密混沌序列与量子图像特征数据转换成加密量子混沌序列与原始量子图像特征数据；将加密量子混沌序列与原始量子图像特征数据写成矩阵形式，通过基底变换关系实现对量子图像所有灰度信息的位异或操作获得加密量子图像。其能够保障加密的安全性。此外本发明还提出了一种量子图像加密系统。

技术领域

本发明涉及量子图像加密领域，具体而言，涉及一种量子图像加密方法及系统。

背景技术

随着图像处理技术的飞速发展，图像已经成为信息表达和传递的主要方式之一，被广泛地应用到政治、经济、军事、教育等各领域，人们可以通过网络便捷地传输各种图像信息。

图像加密源于早期的经典加密理论，其目的是隐藏图像本身的真实信息，使窃取者在得到密文后无法获得原始图像，而授权的接收方可用预先约定的密钥和解密方法，对密文进行解密。传统的加密技术主要依靠计算机或数字信号处理器等电子器件来实现，这些方法受到速度和成本的限制。20世纪90年代以后，随着信息技术的广泛应用，研究人员开始研究更加安全、高效的图像加密技术，他们把目光投向基于量子力学理论与方法的图像加密方法。与传统的加密技术相比，量子图像加密技术具有多维、大容量、高设计自由度、高鲁棒性、天然的并行性、难以破解等诸多优势，因而倍受青睐，成为近年来国际上比较热门的新一代密码理论与技术。

然而，由于数字信息极易被复制、篡改、非法传播和蓄意攻击，人们在享受信息传递的快捷便利的同时，也对信息传输的安全性和保密性提出了更高的要求。为了更好地保护图像的安全，研究者们提出了大量针对数字图像的加密方法，包括基于混沌理论的图像加密技术，基于置乱的图像加密技术，基于数学公式的图像加密技术，基于现代密码学的图像加密技术以及基于DNA编码的图像加密技术等。目前，面向传统的数字图像的加密技术比较成熟，而针对量子图像的加密技术尚属于起步阶段。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子图像加密方法，其能够扩大密钥空间，足以抵制强力攻击，增强系统的安全性，使得量子图像加密超越经典图像加密的限制，具有量子保密通信安全性，进一步保障了加密的安全性。

本发明的另一目的在于提供一种量子图像加密系统，其能够运行一种量子图像加密方法。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供一种量子图像加密方法，其包括获取量子图像特征数据并建立图像和像素之间的关联，并根据随机密钥与图像和像素之间的关联生成hash值，将hash值作为加密密钥；将加密密钥进行传递，并通过混沌Logistic加密算法映射图像及像素数据特征生成加密混沌序列；将加密混沌序列与量子图像特征数据转换成加密量子混沌序列与原始量子图像特征数据；将加密量子混沌序列与原始量子图像特征数据写成矩阵形式，通过基底变换关系实现对量子图像所有灰度信息的位异或操作获得加密量子图像。

在本发明的一些实施例中，上述获取量子图像特征数据并建立图像和像素之间的关联，并根据随机密钥与图像和像素之间的关联生成hash值，将hash值作为加密密钥包括：将图像分解为图像和像素的叠加，通过数字图像处理对图像和像素进行关联操作，再由量子态叠加性对所有的图像和像素进行多次叠加。

在本发明的一些实施例中，上述将加密密钥进行传递，并通过混沌Logistic加密算法映射图像及像素数据特征生成混沌序列包括：Logistic映射的动态行为与控制参数u密切相关，对于不同的u值系统将呈现不同的特性，其中，Logistic映射包含初值x0及系统参数μ。