基于混沌映射的量子图像加密算法研究

发布时间：2020-09-04 07:26

　　 随着计算机技术的快速发展以及大数据的普及,人们可以通过互联网传输大量信息。由于互联网的开放性,信息在传输过程中面临着安全性的问题,这些信息往往涉及到个人隐私等敏感信息,信息在传输和存储过程中的安全性需要得到保证。目前图像信息已成为网络中最常见的信息,在多种领域得到大量应用,在多媒体信息扮演了极其重要的角色,人们对图像的安全给予了广泛关注。目前保护图像安全的方法主要为图像加密,图像加密可以保证图像在传输和存储过程中的安全性,提出加密效果良好,安全高效的图像加密方法极大地促进了信息安全领域的发展。近几年量子信息学发展迅猛,传统处理图像的方法已不能满足需求,处理方式已从经典领域逐步扩展到量子领域。由于量子计算具有诸多特性,如并行和叠加等,在效率和安全方面基于量子理论的图像处理方法具有的优势显著。自2013年起,量子图像加密得到快速发展,量子图像处理渐渐得到了人们的关注。本文分别提出了两种加密方法,分别使用不同的混沌映射进行量子图像加密,最后对加密算法进行了仿真实验和效果分析。主要加密思想与创新点为以下几个方面:提出一种基于Logistic混沌映射的量子图像加密算法,算法的重点在于图像像素点的空间位置置乱,由于混沌映射非周期性强,能够有效解决图像置乱的周期性问题,提高了置乱效果,随后根据Logistic混沌映射产生的随机序列进行图像红绿蓝三基色互换操作,加密效果得到了提高,而且混沌映射的密钥空间大,增强了抵御暴力破解攻击的能力,通过仿真实验和对加密指标进行分析可以确定该算法具有有效性和可行性;提出了一种基于混沌映射和DNA编码的量子图像加密算法,算法采用Lorenz混沌映射选择DNA编码方式和产生自然DNA矩阵,在选择DNA运算方面,混沌映射的不可预测性极大增强了加密算法的加密效果,使得加密算法的安全性得到了显著提高,增大了破解难度,最后根据两种加密算法的实验结果,总结算法的加密的特点并对优势进行分析,结果显示混沌映射迭代速度快,加密效率高,密钥空间大加密效果好,在加密效率和安全性方面,本文提出的两种图像加密算法均优于经典图像加密算法。
【学位单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP309.7;O413
【部分图文】：

图２－１邋ＤＮＡ分子平面和双螺旋结构图逡逑、０、Ｎ、Ｐ五种元素组成，其序列包含不。在脱氧核糖核酸中，起配对作用的部分嘌呤（Ｇｕａｎｉｎｅ）、胞嘧陡（Ｃｙｔｏｓｉｎｅ）和胸腺定的互补配对关系，ＤＮＡ计算的原理依靠配对的规则十分简单，但是其排列方式可以种多样，所以基于ＤＮＡ的密码技术安全性是以ＤＮＡ序列作为信息编码的载体，ＤＮＡ础［７４］，根据其碱基配对规则以及双螺旋结中碱基对序列的方式，通过相关的生物实验产生化学反应实现加密。可以利用现代分子息提取出来。逡逑着ＤＮＡ计算理论的发展而产生的新的研究

量子态随时间么正演化的过程或称为酉演化，量Ａｙｙ）邋＝邋Ｈ＼ｙｙ）ｉｌｔｏｎ算子，根据量子力学理论，量子态在希尔伯进行变换的算符应为幺正算符，即时间演化算子［８１］：逡逑ＵＵ＋＝Ｕ＋Ｕ邋＝邋Ｉ置，／为恒等算符。在幺正演化下，量子态的内积可以保证量子计算中的操作是可逆的，对量子态力学所决定的，么正变换的可逆性如公式２－２１所郇邋Ｈ／⑷〉Ｕ｝＼ｆ｛ａ））邋＝邋＼ａ）逡逑变其位置，仍保持归一化状态。量子态经算符

／＜逡逑图３－１邋Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射分叉图逡逑由图３－１可知，图中的大片阴影区域就是混沌发生的区域，此时Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射处在逡逑不稳定的混沌吸引域中，可以说明在阴影区域里，由Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射迭代产生的序列为混逡逑沌序列，其具有混沌运动的全部特性，其中包括内在随机性、分形和分叉等特性。逡逑３．１．２邋Ｃｈｅｎ超混沌映射逡逑Ｃｈｅｎ超混沌映射［８７］的定义为：逡逑ｘ邋＝邋ａ｛ｙ邋—邋ｘ）逡逑ｖ邋＝邋－ｘｚ邋－￥ｄｘ－￥ｃｙ邋—邋ｑ逡逑Ｌ逦（３－２）逡逑ｚ邋二；ｑｙ邋—逡逑ｑ邋＝邋ｘ－＼－ｋ逡逑其中，ａ、Ｋ邋ｃ、Ａ邋Ａ代表系统参数。特别地，当参数＝邋３６，６邋＝邋３，邋ｃ邋＝邋２８，逦１６且逡逑—０．７＜左＜０．７，此时Ｃｈｅｎ映射呈现出超混沌状态，此时的混沌映射具有至少两个混沌逡逑吸引子，通过给定大于０的初始值ｘ，＿ｙ，ｚ，邋ｇ，用龙格库塔法可以迭代出四个随机性良好的逡逑混沌序列。逡逑３．２量子图像编码和量子态的幺正演化逡逑３．２．１量子图像编码逡逑为了降低使用的量子比特数以提高存储效率，本研宄拟使用一种更加简洁、灵活的逡逑表不方式，即邋ＦＲＱＣＩ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ邋Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋Ｑｕａｎｔｕｍ邋Ｃｏｌｏｒ邋Ｉｍａｇｅｓ）。２０１６邋年李盼池逡逑等人提出了一种新的彩色图像量子描述方法［３４］

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本文编号：2812042