基于Henon映射的量子图像加密

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随着信息技术飞速地发展,信息加密成为了信息安全研究的重中之重。信息加密包括文本加密、图像加密等。在日常生活中,人们通过网络信息传输各种图像,其个人隐私及信息会遭到各种干扰和威胁,如盗取、复制和破坏等。这时我们就要考虑图片信息的安全问题。也就是说,如何加密图像可以安全有效地保护图像携带的信息,这是图像加密技术的目的。在传统计算机中,图像加密已经有了比较深入的研究,而量子计算机(Quantum Computer)作为未来新兴的计算机类型,与传统计算机存在区别,目前有关量子图像加密的研究不多,在图像加密技术方面还有待更深入的研究,因此,对量子图像加密的研究作为量子计算的一个分支具有重要意义。本文研究的是基于Henon映射的量子图像加密。在现有的研究中,量子图像加密序列的生成全部都是在传统计算机上进行,并没有脱离对传统计算机的依赖,这种方式复杂,并且因为涉及到传统计算机与量子计算机之间的数据转移,因此不安全性和风险大大增加。本文所研究的量子图像加密方法要解决的重要问题就是加密序列的生成也转移到量子计算机上进行。这样所有的加密操作只在量子计算机上进行,包括混沌序列的产生、加密和解密。文章研究内容摆脱了对传统计算机的依赖,大大提高了便捷性和安全性。本文使用了GQIR(Generalized Quantum Images Representation)量子图像表示模型来存储图像,GQIR是从NEQR(Novel Enhanced Quantum Representation)模型扩展而来,可以表示任意尺寸和任意色深的量子图像。在多种混沌映射算法的选择中,本文使用二维Henon混沌映射作为核心算法对量子图像进行加密。但是,Henon映射生成的十进制序列不能直接应用于GQIR模型,因为GQIR模型是基于二进制表示方法进行运算的。因此,文章在模拟实验中使Henon映射生成的加密序列用二进制来表示,并通过位移来进行改进。由于Henon映射是一种二维映射,它会产生两个随机加密序列,加密序列生成后,本文把两个随机加密序列混合起来使其成为一个更加难以破解的序列。然后采用与量子图像像素的二进制数值进行异或的方法来加密量子图像。通过在Matlab上进行模拟量子计算机环境实验,结果表明本算法得到的加密图像具有良好的随机性,像素值均匀分布,相邻像素相关性接近于零,参数敏感性高,符合量子图像加密要求。由于混沌序列本身适用于图像加密,加上量子计算机自身的量子安全特性,本文的加密方法安全、方便、可靠,适用于量子计算机。
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