基于變換理論的量子圖像加密算法.pdf

1、量子圖像處理作為量子信息科學領域的分支之一，引起了研究者的廣泛關注。越來越多的量子圖像存儲表示通過各種方法被提出，并且各種經典圖像處理技術與量子力學進行融合用于量子圖像加密被研究?；诹孔有畔⒗碚摰膱D像加密方法具有獨特的優(yōu)勢，然而國內外對其的研究還處于初步階段，且這些方法從信息論的角度看尚不完善。針對經典圖像加密算法處理速度慢和現(xiàn)有量子圖像加密算法安全性分析的不足，本文擬結合量子圖像的表示方法，研究經典加密算法、量子加密算法以及經典與量

2、子融合加密算法在量子圖像加密技術中的應用。從密碼學和信息論的角度，將量子變換理論作為新工具應用到量子圖像加密技術中，基于量子圖像關聯(lián)分解、量子廣義Arnold變換、量子旋轉變換、Hadamard變換以及量子異或等變換理論設計了三個安全高效的量子圖像加密新算法，并通過理論分析和實驗仿真等手段確保算法具有經典和量子信息論安全性以及超越經典圖像加密算法的良好性能。取得的主要研究成果如下：
　　提出了基于圖像關聯(lián)分解的量子圖像加密算法。利

3、用量子態(tài)疊加和測量原理，建立圖像像素之間的關聯(lián)，把圖像分解成一系列特征子圖分別存儲在完全二叉樹集合中，利用隨機相位操作、量子旋轉操作和Hadamard變換對不同的子圖像進行操作實現(xiàn)加密，然后對所有的子圖像進行疊加得到密文圖像。該算法有較大的密鑰空間從而能抵抗強力攻擊，且比經典加密算法具有更低的計算復雜度。此外，密文圖像以量子態(tài)的形式在通信信道傳送，使得量子圖像加密超越經典圖像加密的性能，增強了算法的安全性。
　　構造了量子廣義Ar

4、nold變換，并設計了量子線路實現(xiàn)，提出了基于廣義Arnold變換和雙隨機相位編碼的量子圖像加密算法。利用廣義Arnold變換對量子圖像的位置信息進行置亂，同時在空間域和量子傅里葉變換頻域分別對量子圖像的灰度信息進行相位編碼操作實現(xiàn)對量子圖像的混淆和擴散。該加密密鑰由廣義Arnold變換系數(shù)矩陣的獨立參數(shù)、迭代次數(shù)以及兩個控制隨機相位的二進制序列組成，具有很大的密鑰空間。數(shù)值仿真和理論分析驗證了該加密算法有較強的抗攻擊性，對密鑰敏感，且

5、具有較低的計算復雜度。
　　在新型增強的量子圖像表示基礎上，構造了量子圖像的異或操作，提出了基于超混沌系統(tǒng)的量子圖像加密算法。利用陳氏超混沌系統(tǒng)生成超混沌序列，通過選擇合適的超混沌序列來控制非操作和單位操作從而構造量子變換，然后利用量子變換實現(xiàn)對量子圖像所有灰度值的異或操作達到完成量子圖像加密的目的。陳氏超混沌系統(tǒng)的初始值具有很高的靈敏度，作為加密算法的密鑰，增強了算法的安全性。理論分析與經典數(shù)值仿真結果驗證了該加密算法具有可行性