[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

摘要

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。

主权项

1.基于克罗内克积的量子混沌光学图像加密解密方法，其特征是，该方法由以下步骤实现：设定用户加密密钥：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；步骤一、以大小为N×N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、采用复合混沌映射初值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；步骤六、将步骤中所述的置乱后的混沌矩阵EPDA和置乱后的混沌矩阵EPDB第一量子混沌随机相位模板PCRPM1和第二量子混沌随机相位模板PCRPM2；用公式表示为：PCRPM1＝exp[i2πEPDA(x，y)]PCRPM2＝exp[i2πEPDB(u，v)]其中(x,y)为明文图像像素点在输入平面的坐标；(u,v)表示像素点在傅里叶变换域的坐标；步骤七、将步骤一所述原始图像f乘以步骤六所述第一量子混沌随机相位模板PCRM1，相乘的结果进行第一分数阶Hartley变换，获得变换结果g；步骤八、将步骤七所述的第一分数阶Hartley变换结果g乘以步骤六所述的第二量子混沌随机相位模板PCRPM2；相乘结果进行第二分数阶Hartley变换，变换结果f′，步骤九、将步骤三所述的随机矩阵A和随机矩阵B进行克罗内克积相乘，获得克罗内克积模板KP；步骤十、将步骤八所述第二分数阶Hartley变换结果f′乘以步骤八所述克罗内克积模板KP，获得密文图像f″；解密过程为：设定用户解密密钥，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；步骤十一、采用用户解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DT*6的矩阵DFQCNN，DT为解密密钥中的迭代次数；步骤十二、设定用户解密密钥集合，由解密随机矩阵DA、解密随机矩阵DB、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；步骤十三、以步骤十二中四维量子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的四维解密矩阵DPD；将四维解密矩阵DPD拆分为两个大小为N×N的解密混沌矩阵DPDA和解密混沌矩阵DPDB:步骤十四、采用复合混沌映射初值置乱步骤十三所述的解密混沌矩阵DPDA和解密混沌矩阵DPDB，获得置乱后的解密混沌矩阵DEPDA和置乱后的解密混沌矩阵DEPDB；步骤十五、将步骤十四中所述的置乱后的解密混沌矩阵DEPDA和置乱后的解密混沌矩阵DEPDB第一量子混沌随机相位复共轭模板PCRPM1*和第二量子混沌随机相位复共轭模板PCRPM2*；用公式表示为：PCRPM1*＝exp[‑i2πDEPDA(x，y)]PCRPM2*＝exp[‑i2πDEPDB(u，v)]步骤十六、将步骤十二所述的解密随机矩阵DA、解密随机矩阵DB进行克罗内克积相乘，获得解密克罗内克积模板DKP；将步骤十获得的密文图像f″，进行克罗内克积模板KP的逆变换，获得逆变换结果ef；步骤十七、将步骤十六所述的逆变换结果ef进行第二分数阶Hartley逆变换，获得逆变换结果Iht2；步骤十八、将步骤十七所述的第二分数阶Hartley逆变换结果Iht2乘以步骤十五所述第二量子混沌随机相位复共轭模板PCRPM2*，相乘结果为eg；步骤十九、将步骤十八所述相乘结果eg进行第一分数阶Hartley逆变换，逆变换结果为Iht1；步骤二十、将步骤十九所述的第一分数阶Hartley逆变换结果Iht1乘以步骤十五所述第一量子混沌随机相位复共轭模板PCRPM1*，获得解密图像df。