[发明专利]一种融合量子漫步和改进AES的图像加密方法

说明书

本发明涉及加密算法技术领域，具体地说，涉及一种融合量子漫步和改进AES的图像加密方法，包括如下步骤：通过交替量子随机漫步生成概率密度分布矩阵P；对明文图像进行初次加密；对初次加密后的密文进行二次加密；对最终密文进行解密。本发明设计可以提高经典计算问题的效率；可以由初始参数的不可回溯性和无穷可能性来保证伪随机数的安全性；不仅提高了密钥抵御攻击的能力，也改善了算法的雪崩性能，为图像信息的安全提供了保障；其密钥更灵活，混合加密算法的安全性以及抵抗攻击的能力更高；其密文图像(R,G,B)通道直方图分布均匀，加密效果显著，抵抗差分攻击的能力高；与其他图像加密协议对比较为简单，操作简易，易于在实际系统中实现。

技术领域

本发明涉及加密算法技术领域，具体地说，涉及一种融合量子漫步和改进AES的图像加密方法。

背景技术

互联网的迅速普及已经成为信息时代的重要标志，网络在人们日常生活中的地位越来越重要，而图像信息占据了网络信息的很大部分，随着大量图像信息的共享，同时面临着数据被泄漏、篡改和假冒的风险。信息安全技术经过多年的发展，在信息隐藏之前，先对秘密信息按照一定的运算规则进行加密处理，使其失去本身原有的面目，然后再将其隐藏到载体信息里面，这样所要传输的信息更加安全。即使攻击者将秘密信息从载体中提取了出来，也无法分辨出经过加密后的秘密信息到底隐藏着什么内容，使得攻击者认为提取的算法错误或该载体中没有任何其它信息，从而保护了信息。目前，如何更好的完成图像信息的加密已成为了研究的关键问题。

由于量子信息科学的发展，到目前为止，波恩大学的物理学家首次实际实现了量子随机漫步，一些理论逐渐实际化，量子随机漫步作为经典漫步的推广，是实现量子计算的一种主要模型。量子随机漫步对初始条件非常敏感，具有非周期性等特性，理论上具有无穷大的参数空间，可以被认为是个混沌系统，适用于密码学理论。交替量子随机漫步(AQW)是量子随机漫步的延伸，AQW作用在二维空间，通过测量量子在空间里所在位置的概率，生成一个与初始参数有关的二维矩阵，矩阵里的元素不可预测，并且具有密码学中的混沌特性和伪随机性。这一独特的性质，已经有许多学者将交替量子随机漫步与图像加密相结合，使图像具有更高的安全性。高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)，又称为Rijndael加密算法，是对称密钥加密中最流行的算法之一，AES密码算法通过Rijndael结构进行迭代运算，明文分组长度为固定128Bit，可支持128Bit、192Bit和256Bit长度的种子密钥，密钥长度和明文分组长度共同决定其迭代的轮数。

随着人们对它的了解越来越多，破解算法的风险也越来越大，虽然尚未存在对AES算法完整版的成功攻击，但已经提出了对AES简化算法的攻击。这是因为AES加密算法初始密钥、密钥拓展函数的固定性导致传统的密钥比较容易破解。利用量子随机漫步的伪随机特性改进当前流行的AES算法，提出一种抵御攻击能力强、密钥空间大、密钥敏感性高、雪崩效应显著的图像加密算法。鉴于此，我们提出了基于交替量子随机漫步和改进AES的图像加密算法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种融合量子漫步和改进AES的图像加密方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述技术问题的解决，本发明的目的之一在于，提供了一种融合量子漫步和改进AES的图像加密方法，包括如下步骤：

S1、通过交替量子随机漫步生成概率密度分布矩阵P；

S2、对明文图像进行初次加密；

S3、对初次加密后的密文进行二次加密；

S4、对最终密文进行解密，生成解密图像。

作为本技术方案的进一步改进，所述S1中，通过交替量子随机漫步生成概率密度分布矩阵的具体方法包括如下步骤：

S1.1、用漫步者的位置空间H_W和硬币状态空间H_C的直积来表示交替量子随机漫步系统的希尔伯特空间；