[发明专利]基于受控交替量子漫步与DNA序列操作的图像加密方法

说明书

本发明公开了一种基于受控交替量子漫步与DNA序列操作的图像加密方法，原始图像的像素值通过对关键矩阵进行DNA序列加运算来改变，像素位置由受控的交替量子漫步产生的概率分布处理后的随机数序列进行扰动排列。本发明提出的方案具有良好的加密效果。它对密钥高度敏感，能够抵抗常见的攻击，如统计攻击、差分攻击等，安全性高，故而是一种可靠地图像加密方法。

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种使用基于受控的交替量子漫步产生的随机数与DNA序列操作来进行图像加密的方案。

背景技术

现有的图像加密通常由空域图像加密技术和频域图像加密技术实现。空域图像加密技术在未压缩的图像上进行加密，其特征是将图像看作二维数据进行操作。空域图像加密技术的典型方法是采用离散混沌加密技术。频域图像加密技术则基于某种压缩格式或压缩技术进行加密，如JPEG、算术编码、小波压缩技术等。空域图像加密计算复杂度小但安全性较低，频域图像加密安全性高但计算复杂度大且有损失。

量子计算机的蓬勃发展，为图像加密提供了新思路。量子漫步是一种通用的量子计算模型。现有技术利用二维平面上的受控量子漫步模型生成随机数，结合DNA操作序列进行图像加密。根据量子哈希安全机制极大地保障了图像加密的安全性，具有优越性。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于受控交替量子漫步与DNA序列操作的图像加密方法，本方法利用受控的交替量子漫步生成随机数，与DNA序列进行图像加密，加密效果良好。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于受控交替量子漫步与DNA序列操作的图像加密方法，包括以下步骤：

步骤1，选取t个奇数N₁、N₂、…、N_t，然后随机选取2个在[-π/2,π/2]范围内的参数θ₁和θ₂，根据选取奇数以及参数θ₁和θ₂生成2个抛币操作C₀和C₁；

步骤2，选取种子，即单位复向量作为初始态，其中α,β∈[0,1]，ω∈[0,2π]，α、β、e、i₀、ω表示单位复向量相关参数；随机选取初始信息值m₀，在封闭t维空间上执行受控的交替量子漫步，初始硬币态为种子，信息值m₀的每一个比特位，控制量子漫步者在空间上行走一步，最后得到终态；仿真得到量子漫步者在各位置的概率分布，将概率分布的每一个值乘以一个足够大的整数，向下取整后，取模2^k的余数，k表示指数，将所有余数按分布的顺序排列，得到一个N₁N₂…N_tk比特位的二进制串作为随机数串M₁；

步骤3，从随机数串M₁中选取长为L的片段作为信息值m₁；利用信息值m₁，并将步骤2得到的终态作为下一次受控的交替量子漫步的初始态，得到随机数串M₂，重复上述步骤，可持续得到随机数串M₁M₂M₃…；

步骤4，从随机数串M₁M₂M₃…中顺序取出数值，每取出四位分别赋值给x_i,y_i,z_i,u_i，获得随机数序列计算循环转移步数如下：Br_m＝x_m，Bc_n＝y_n，Br_m表示循环左移步数，Bc_n表示循环上移步数，m＝1,2，…,M,n＝1,2,…,12N，L＝6MN；