论文摘要
随着计算机和多媒体技术的不断发展,图像作为主要的信息载体之一,可能涉及大量个人隐私信息以及其它重要信息。然而,在大数据时代,图像的像素不断提高,单个图像文件大小不断增大,同时图像数量日益剧增,因此,如何安全又高效地加密图像成为一个研究难点。近年来,量子计算所具有的天然并行性为海量图像的加密带来了一个新的研究思路,本文以量子图像加密技术为研究内容,致力于提出安全、高效的轻量级量子图像加密算法,本文主要的研究内容有以下三点:（1）本文针对几种典型的量子图像存储方法进行了研究,分析总结出每种量子图像表示方法的特点以及它们之间的区别。同时,针对每种量子图像表示方法,本文还分析了其适用的场景。上述工作为量子图像加密算法中涉及的量子图像表示方法的选择提供了依据。（2）从“Classically-inspired QIE（Quantum Image Encryption）”角度出发,本文将经典图像加密中的小波变换引入到量子图像加密领域,提出了一种基于小波变换的量子图像加解密算法。该算法利用图像经过小波变换之后,绝大部分信息集中在低频部分的特性,仅对图像低频部分进行XOR操作以达到加密的效果。同时,设计了算法的量子线路,并利用仿真和理论分析证明了该算法具有较高的安全性和较低的计算复杂度。（3）从“Optics-based QIE”角度出发,通过充分利用量子纠缠性、并行性等特点,本文提出了一种基于量子密钥图的量子图像加密算法。本文首次提出了量子密钥图,其是采用某种量子存储方法制备的一种特殊的量子图像,用来存储加密密钥。本文采用GQIR（Generalized Quantum Image Representation）的量子图像存储方法,量子密钥图的灰度值即为由加密算法生成的密钥序列。加密时,明文图像逐位和量子密钥图进行XOR运算完成加密。本文给出了加密算法的量子线路,并采用仿真和理论分析验证了所提出的加密算法,本算法具有加密效率高、密钥空间大的特点。综上,本文从两个角度分别设计了两种轻量级量子图像加密算法,特别是基于量子密钥图的量子图像加密算法,提出了量子密钥图的概念,利用了量子叠加存储特性简化了加密操作复杂性。能够实现海量图像的高效加密。此外,量子密钥图作为一种新的加密方式,具有一定的通用性,比如基于小波变换的量子图像加密算法可以用量子密钥图的方式实现,进一步提升加密效率。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 耿亚丛
导师: 王健
关键词: 量子图像加密,量子线路,量子小波变换,量子密钥图,操作
来源: 北京交通大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,计算机软件及计算机应用,计算机软件及计算机应用
单位: 北京交通大学
基金: 中央高校基本科研业务费,信息保障技术重点实验室开放基金
分类号: TP391.41;TP309.7;O413
总页数: 69
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