• ISSN 0258-2724
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基于混沌系统的量子彩色图像加密算法

张健 霍达

张健, 霍达. 基于混沌系统的量子彩色图像加密算法[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(2): 421-427. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170443
引用本文: 张健, 霍达. 基于混沌系统的量子彩色图像加密算法[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(2): 421-427. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170443
ZHANG Jian, HUO Da. Quantum Colour Image Encryption Algorithm Based on Chaotic Systems[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(2): 421-427. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170443
Citation: ZHANG Jian, HUO Da. Quantum Colour Image Encryption Algorithm Based on Chaotic Systems[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(2): 421-427. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170443

基于混沌系统的量子彩色图像加密算法

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170443
基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2572017CB35);哈尔滨市科技创新人才研究专项资金资助项目(2017RAQXJ098)
详细信息
    作者简介:

    张健(1980—),男,副教授,博士,研究方向为信息安全,电话:13796626554,E-mail:zhangjianok00@163.com

  • 中图分类号: TP 391.41

Quantum Colour Image Encryption Algorithm Based on Chaotic Systems

  • 摘要: 为了提高图像安全性,将混沌系统引入到量子图像加密领域. 首先通过Chen混沌将图像按位异或;然后将彩色图像表示为量子的叠加态,通过Logistic混沌序列产生幺正矩阵对量子图像进行置乱;再次产生一个混沌序列对每个像素的红绿蓝三基色进行随机互换,达到对量子图像加密的目的;最后,在经典计算机上进行了模拟实验,结果表明加密后图像直方图更为平滑,像素平均分布在0~255范围内,图像相邻像素相关性低,加密图像红绿蓝像素相关系数平均值分别为0.001 6、0.001 7和0.003 8,并且密钥敏感性高,能有效抵抗穷举攻击和统计攻击,算法具有良好的有效性和可行性.

     

  • 图 1  原图像与加密图像

    Figure 1.  Original images and corresponding encrypted images

    图 2  密钥敏感性测试

    Figure 2.  Key sensitivity test

    图 3  灰度直方图

    Figure 3.  Histograms of Lena’s image

    表  1  Lena图像的相关系数

    Table  1.   Values of correlation coefficients for Lena’s image

    图像水平方向垂直方向对角方向
    RGBRGBRGB
    Lena0.969 50.981 00.940 50.942 80.945 20.894 10.917 90.923 10.852 3
    加密后图像–0.001 50.000 20.002 9–0.003 20.001 0–0.001 20.000 30.003 90.007 4
    文献[8]–0.020 20.005 8–0.001 3–0.001 2–0.010 80.000 3–0.000 60.011 90.008 9
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    表  2  NPCR像素改变率

    Table  2.   Number pixels change rate values of images obtained before and after performing encryption

    图像NPCR
    Lean原图像与加密图像0.995 9
    Peppers原图像与加密图像0.996 2
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  • 张金辉,郭晓彪,符鑫. AES加密算法分析及其在信息安全中的应用[J]. 信息网络安全,2011,3(5): 31-33. doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2011.05.012

    ZHANG Jinhui, GUO Xiaobiao, FU Xin. AES encryption algorithm analysis and the application in information security[J]. Netinfo Security, 2011, 3(5): 31-33. doi: 10.3969/j.issn.1671-1122.2011.05.012
    解双建,原亮,谢方方. DES算法原理及其FPGA实现[J]. 计算机技术与发展,2011,21(7): 158-160. doi: 10.3969/j.issn.1673-629X.2011.07.040

    XIE Shuangjian, YUAN Liang, XIE Fangfang. The principle of DES algorithm and realization on FPGA[J]. Computer Technology and Development, 2011, 21(7): 158-160. doi: 10.3969/j.issn.1673-629X.2011.07.040
    赵玉青. 基于改进Chen混沌系统的图像加密算法[J]. 小型微型计算机系统,2014,35(9): 2162-2166. doi: 10.3969/j.issn.1000-1220.2014.09.044

    ZHAO Yuqing. Image encryption algorithm based on improved Chen chaotic system[J]. Journal of Chinese Computer Systems, 2014, 35(9): 2162-2166. doi: 10.3969/j.issn.1000-1220.2014.09.044
    王英,郑德玲,鞠磊. 基于Lorenz混沌系统的数字图像加密算法[J]. 北京科技大学学报,2004,26(6): 678-682. doi: 10.3321/j.issn:1001-053X.2004.06.026

    WANG Ying, ZHENG Deling, JU Lei. Digital image encryption algorithm based on three-dimension lorenz chaos system[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2004, 26(6): 678-682. doi: 10.3321/j.issn:1001-053X.2004.06.026
    ZHANG Jian, FANG Dongxin, REN Honge. Image encryption algorithm based on DNA encoding and chaotic maps[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2014, 2014(3): 1-10.
    李明达,朱宏峰. 量子密码学应用研究进展[J]. 信息通信,2012,5(1): 17-18. doi: 10.3969/j.issn.1673-1131.2012.01.008

    LI Mingda, ZHU Hongfeng. Applied research and development of quantum cryptography[J]. Informotion & Communications, 2012, 5(1): 17-18. doi: 10.3969/j.issn.1673-1131.2012.01.008
    YANG Yuguang, JIA Xin, SUN Sijia, et al. Quantum cryptographic algorithm for color imagesusing quantum Fourier transform and double random-phase encoding[J]. Information Sciences, 2014, 277(9): 445-457.
    李盼池,卢爱平. 基于量子比特绕轴旋转的彩色图像加密方法[J]. 控制与决策,2016,31(8): 1363-1371.

    LI Panchi, LU Aiping. Color image encryption method based on qubits rotation about axis[J]. Control and Decision, 2016, 31(8): 1363-1371.
    张永红,张博. 基于Logistic混沌系统的图像加密算法研究[J]. 计算机应用研究,2015,32(6): 1170-1173.

    ZHANG Yonghong, ZHANG Bo. Algorithm of image encrypting based on Logistic chaotic system[J]. Application Research of Computers, 2015, 32(6): 1170-1173.
    孙力,黄正谦,傅为民. 时间延迟与超混沌Chen系统相融合的图像加密算法研究[J]. 科学技术与工程,2013,13(35): 10521-10528.

    SUN Li, HUANG Zhengqian, FU Weimin. The research of image encryption algorithm based on hyper-chaotic Chen system integration with time delay[J]. Science Technology and Engineering, 2013, 13(35): 10521-10528.
    楼跃升. 基于Bloch球的量子系统状态演化的轨迹控制[C]//中国自动化学会控制理论专业委员会. 第二十六届中国控制会议论文集. [出版地不详]: 中国自动化学会控制理论专业委员会, 2007: 576-580
    李盼池,曹梓崎. 一种彩色图像的量子描述方法及应用[J]. 控制与决策,2017,32(3): 443-450.

    LI Panchi, CAO Ziqi. Quantum description method of color image and its application[J]. Control and Decision, 2017, 32(3): 443-450.
    曾谨言. 量子力学教程[M]. 3版. 北京: 科学出版社, 2003: 128-130
    周日贵. 量子信息处理技术及算法设计[M]. 北京: 科学出版社, 2013: 43-44
    姜楠. 量子图像处理[M]. 北京: 清华大学出版社, 2016: 11-12
    刘益新,郭依正. 灰度直方图特征提取的Matlab实现[J]. 电脑知识与技术,2009,32(5): 9032-9034. doi: 10.3969/j.issn.1009-3044.2009.32.078

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    柴秀丽,李伟,史春晓,等. 基于超混沌系统的彩色图像加密新算法[J]. 传感器与微系统,2013,32(8): 131-134. doi: 10.3969/j.issn.1000-9787.2013.08.038

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-06
  • 修回日期:  2018-01-15
  • 网络出版日期:  2019-01-14
  • 刊出日期:  2019-04-01

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