基于量子涨落与转轮机制的理想随机数生成器及其在图像加密中的应用

在数字化时代,数字图像的安全传输已成为现实应用中的关键需求。图像加密是保护图像数据免遭未授权访问的有效技术手段。加密数据的安全性高度依赖于作为密钥使用的随机数质量。本工作提出了一种基于量子涨落与算法启发的旋转轮混合随机数生成器。该旋转轮包含0至255的整数值,这些数值通过量子踢转子模型时间演化产生的量子涨落进行洗牌。旋转轮设有四个预定义的抽头位置用于采集数字序列,每组抽头后动态改变轮盘转速以增强不可预测性。实验测得旋转轮生成序列的熵值达到8位表示的理想值8。此外,生成序列呈现出平坦的直方分布和近乎零相关性,表明其具备强随机性。研究人员将生成序列应用于图像加密并进行密码学分析,结果显示加密图像具有接近理想的7.997熵值、99.60%的NPCR(像素数变化率)、全方向低相关性及低PSNR(峰值信噪比)。这些结果证实,所提出的随机数生成器实现了高效高安全性能,适用于移动医疗影像、生物特征认证、智能设备二维码及多媒体通信等消费级应用的安全防护。

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提交arXiv: 2026-03-13 18:00

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