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专利号: 2018109245661
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于分数阶量子混沌的一次一密光学图像加密解密方法,其特征是,设定用户加密密钥,由复合混沌映射的初值和控制参数;两组分数阶量子细胞神经网络超混沌系统的初值,控制参数,阶数和迭代次数;变形分数傅里叶变换的级数共同组成;

该方法由以下步骤实现:

步骤一、将大小为N*N的彩色明文图像按红、绿、蓝三个色彩分量分解为三个大小为N*N的红色分量矩阵RA、绿色分量矩阵GA和蓝色分量矩阵BA;

步骤二、采用加密密钥中的复合混沌映射的初值和控制参数对步骤一所述的红色分量矩阵RA和绿色分量矩阵GA进行复合混沌映射的置乱操作,获得置乱后的红色分量矩阵ERA和置乱后的绿色分量矩阵EGA;

步骤三、将步骤二获得的置乱后的红色分量矩阵ERA和置乱后的绿色分量矩阵EGA分别进行矩阵变形,获得置乱后的红色分量序列SERA和置乱后的绿色分量序列SEGA;

步骤四、采用加密密钥中的两组分数阶量子细胞神经网络超混沌系统的初值和控制参数,阶数,迭代次数,迭代两细胞分数阶量子细胞神经网络系统,生成四维矩阵Fqcnn1和四维矩阵Fqcnn2;

步骤五、将步骤四所述的四维矩阵Fqcnn1拆分为一个长度为N*N的混沌流序列SFqcnn1和一个大小为N*N的方形随机矩阵C1;将步骤四所述四维矩阵Fqcnn2拆分为一个长度为N*N的混沌流序列SFqcnn2和一个大小为N*N的方形随机矩阵C2;

步骤六、采用步骤三所述置乱后的红色分量序列SERA和绿色分量序列SEGA分别与步骤五所述混沌流序列SFqcnn1和SFqcnn2生成扩散密钥流KStream1和扩散密钥流KStream2;

步骤七、将步骤六所述扩散密钥流KStream1和扩散密钥流KStream2与步骤三所述置乱后的红色分量序列SERA和绿色分量序列SEGA通过异或操作生成加密后的红色分量图像CR和加密后的绿色分量图像CG;

步骤八、将步骤七所述的加密后的红色分量图像CR和加密后的绿色分量图像CG分别加上步骤五所述的方形随机矩阵C1和方形随机矩阵C2,生成第一复合混沌随机相位模板CCRPM1和第二复合混沌随机相位模板CCRPM2;

所述第一复合混沌随机相位模板CCRPM1和第二复合混沌随机相位模板CCRPM2的生成公式为:CCRPM1=exp[iπ(CR(x,y)+C1(x,y)]

CCRPM2=exp[iπ(CG(u,v)+C2(u,v)]

式中(x,y)表示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,i为虚部;

步骤九、将步骤一所述蓝色分量矩阵BA与步骤八所述的第一复合混沌随机相位模板CCRPM1相乘,相乘后的结果沿着x和y轴进行级数为p1x和p1y的第一次变形分数傅里叶变换,获得第一次变形分数傅里叶变换变换结果AF1;

步骤十、将步骤九第一次傅里叶变换结果AF1与步骤八生成的第二复合混沌随机相位模板CCRPM2相乘,相乘后的结果沿着x轴和y轴进行级数为p2x和p2y的第二次变形分数傅里叶变换,获得第二次变形分数傅里叶变换结果AF2;

步骤十一、将步骤十所述第二次变形分数傅里叶变换结果AF2与步骤七所述加密后的红色分量图像CR和绿色分量图像CG进行图像复合,得到最终加密图像;

解密过程为:设定用户解密密钥,由复合混沌映射的初值和控制参数;两组分数阶量子细胞神经网络超混沌系统的初值,控制参数,阶数和迭代次数;变形分数傅里叶变换的级数共同组成;

步骤十二、将步骤十一获得的加密图像按红、绿、蓝三个色彩分量分解为三个大小分别为N*N的密文图像红色分量矩阵RC、密文图像绿色分量矩阵GC和密文图像蓝色分量矩阵BC;

步骤十三、将步骤十二所述的蓝色密文图像分量矩阵BC分别沿着x轴和y轴进行级数为-p2x和-p2y的变形分数傅里叶逆变换,获得逆变换结果为IAF2;

步骤十四、采用解密密钥中的两组分数阶量子细胞神经网络超混沌系统的初值和控制参数,阶数,迭代次数迭代两细胞分数阶量子细胞神经网络系统,生成四维解密矩阵DFqcnn1和四维解密矩阵DFqcnn2;

步骤十五、将步骤十四所述四维解密矩阵DFqcnn1拆分为一个长度为N*N的解密混沌流序列DSFqcnn1和一个大小为N*N的方形随机解密矩阵DC1;将步骤十四所述四维解密矩阵DFqcnn2拆分为一个长度为N*N的解密混沌流序列DSFqcnn2和一个大小为N*N的方形随机解密矩阵DC2;

步骤十六、将步骤十二所述的密文图像红色分量矩阵RC和密文图像绿色分量矩阵GC分别加上步骤十五所述的方形随机解密矩阵DC1和方形随机解密矩阵DC2,分别生成第一复合混沌随机相位复共轭模板CCRPM1*和第二复合混沌随机相位复共轭模板CCRPM2*;

所述第一复合混沌随机相位复共轭模板CCRPM1*、第二复合混沌随机相位复共轭模板CCRPM2*用公式表示为:CCRPM1*=exp[-iπ(RC(x,y)+DC1(x,y))]

CCRPM2*=exp[-iπ(GC(u,v)+DC2(u,v))]

步骤十七、将步骤十三所述变形分数傅里叶逆变换结果IAF2与步骤十六所述第二复合混沌随机相位复共轭模板CCRPM2*相乘,得到的结果沿着x轴和y轴进行级数为-p1x和-p1y的变形分数傅里叶逆变换,获得变形分数傅里叶逆变换结果为IAF1;

步骤十八、将步骤十七所述变形分数傅里叶逆变换结果IAF1与步骤十六所述第一复合混沌随机相位复共轭模板CCRPM1*相乘,得到相乘结果DB;

步骤十九、将步骤十五所述解密混沌流序列DSFqcnn1和解密混沌流序列DSFqcnn2与步骤十二所得到的密文图像红色分量矩阵RC、密文图像绿色分量矩阵GC进行扩散逆变换,获得扩散逆变换结果DRC和扩散逆变换结果DGC;

步骤二十、采用解密密钥中的复合混沌映射的初值和控制参数对步骤十九获得的扩散逆变换结果DRC和扩散逆变换结果DGC,进行复合混沌逆映射,获得逆映射结果DR和逆映射结果DG;

步骤二十一、对步骤二十所述的逆映射结果DR和逆映射结果DG,与步骤十八获得的相乘的结果DB按照红、绿、蓝三个色彩分量进行图像复合,得到最终的解密图像。

2.根据权利要求1所述的基于分数阶量子混沌的一次一密光学图像加密解密方法,其特征在于,步骤二中,复合混沌映射的状态方程为:式中,μ为复合混沌映射的控制参数,n为复合混沌映射的迭代次数,zn为当前第n次的迭代结果,zn+1为zn的下一次的迭代结果。

3.根据权利要求1所述的基于分数阶量子混沌的一次一密光学图像加密解密方法,其特征在于,步骤二中包括对步骤一所述的红色分量矩阵RA和绿色分量矩阵RG设定复合混沌映射的初值分别为x1(0)和x2(0),控制参数分别为μ1和μ2。

4.根据权利要求1所述的基于分数阶量子混沌的一次一密光学图像加密解密方法,其特征在于,步骤四中,所述四维矩阵Fqcnn1和四维矩阵Fqcnn2用下式表示为:式中,P1,P2, 为状态变量,M1,M2为迭代次数。

5.根据权利要求1所述的基于分数阶量子混沌的一次一密光学图像加密解密方法,其特征在于,步骤五中所述的混沌流序列SFqcnn1和混沌流序列SFqcnn1用下式表示为:式中,P1,P2, 为状态变量,M1,M2为迭代次数。

6.根据权利要求1所述的基于分数阶量子混沌的一次一密光学图像加密解密方法,其特征在于,步骤五中的方形随机矩阵C1和方形随机矩阵C2用公式表示为:式中,P1,P2, 为状态变量,M1,M2为迭代次数。

7.根据权利要求1所述的基于分数阶量子混沌的一次一密光学图像加密解密方法,其特征在于,步骤七中,生成加密后的红色分量图像CR和加密后的绿色分量图像CG,用下式表示为:CR=bitxor(SERA,KStream1)

CG=bitxor(SEGA,KStream2)

其中,bitxor()表示按位进行的异或操作。