基于密钥图的量子轻量级图像加密技术研究

发布时间：2020-03-29 14:03

【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。
【图文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋２－７邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ邋Ｕ－ｇａｔｅ逡逑本章小结逡逑章对量子图像加密领域中经常用到的量子计算理论进行了简单介绍，大特性、量子基本门和量子线路等。量子特性保证了量子图像加密，，量子门和量子线路保证了量子图像加密算法的可行性。逡逑

■［％，私名｝ｅ逦是编码图像中第ｆ个像素的颜色信息的角度参数，这逡逑里＆被设置为0，使两个系数（ｃ0ｓ＆邋＝邋ｌ且ｓｉｎ＆＝０）恒定，以不携带任何信息。逡逑ＭＣＱＩ的计算复杂度跟ＦＲＱＩ相同，即0（广）。图３－２为ＭＣＱＩ模型存储的图像示逡逑意以及它的表达式，其中图像的大小为２ｘ２。逡逑１６逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP391.41;TP309.7;O413

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 莫恭钿;;基于安卓平台的图像加密工具的设计与实现[J];企业科技与发展;2018年06期

2 许楠;李树政;;基于Reflected Sigmoid激励混沌神经元的图像加密技术研究[J];网络安全技术与应用;2017年02期

3 周南润;;量子图像加密[J];保密科学技术;2017年03期

4 黄鑫;;图像加密技术及其进展[J];科技信息(学术研究);2007年06期

5 邢琪;邓晓鹏;;基于矢量分解和干涉原理的多图像加密[J];怀化学院学报;2016年11期

6 王梦婷;周昕;呼有军;魏亚运;;基于压缩感知的多图像加密新方法[J];激光杂志;2016年03期

7 韩鹏;;混沌图像加密系统分析与设计[J];黑龙江科技信息;2009年15期

8 王泽;王潇蔓;范琳丽;;基于混沌的图像加密技术[J];电脑迷;2018年02期

9 梁丽香;唐林海;白维维;;数字水印图像加密优化保护版权仿真研究[J];计算机仿真;2017年07期

10 董佳宾;陆晨旭;余嘉文;汤鸣;闫爱民;;多图像加密技术研究[J];上海师范大学学报(自然科学版);2018年05期

相关会议论文 前10条

1 张静娟;司徒国海;;无透镜衍射光学图像加密系统的研究[A];第十一届基础光学与光物理讨论会论文摘要集[C];2004年

2 欧锻灏;孙伟;林博;;一种新的基于可逆矩阵的具有完整性检验能力的图像加密方案[A];第五届全国几何设计与计算学术会议论文集[C];2011年

3 司徒国海;史yN诗;张静娟;;级联模拟退火算法用于光学图像加密[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

4 尹显东;唐丹;邓君;;基于混沌序列的频域图像加密技术[A];中国工程物理研究院科技年报（2005）[C];2005年

5 王德石;谢邦勇;;一种基于行列循环移位的时空混沌图像加密算法设计[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年

6 朱从旭;陈志刚;;基于混沌掩码虚拟光学成像系统的图像加密[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集（D 光电信息处理技术专题）[C];2006年

7 郭丽峰;邓晓雯;郭涛;;基于Logistic混沌系统的图像加密改进算法[A];2018第七届全国安全等级保护技术大会论文集[C];2018年

8 刘正君;刘树田;;基于离散分数随机变换的图像加密压缩编码技术[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

9 刘正君;刘树田;;基于离散分数随机变换的图像加密压缩编码技术[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

10 王跃虎;周武艺;;基于背包序列的图像加密算法[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年

相关博士学位论文 前10条

1 李玻;基于混沌映射的图像加密技术及其STM32实现研究[D];西南大学;2019年

2 田野;混沌S盒构造及其在图像加密中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2017年

3 陈俊鑫;基于混沌动力学的图像加密技术与密码学分析[D];东北大学;2016年

4 李春虎;基于混沌的图像加密关键技术研究[D];电子科技大学;2018年

5 茅耀斌;基于混沌的图像加密与数字水印技术研究[D];南京理工大学;2003年

6 朱桂斌;数字图像信息隐藏的理论与算法研究[D];重庆大学;2004年

7 邓绍江;混沌理论及其在信息安全中的应用研究[D];重庆大学;2005年

8 刘家胜;基于混沌的图像加密技术研究[D];安徽大学;2007年

9 韩丹丹;混沌系统的鲁棒性研究及在图像加密中的应用[D];北京科技大学;2016年

10 刘伟;基于位相恢复算法的光学图像加密及认证技术研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 刘波成;基于激光混沌的保密通信与图像加密研究[D];西南大学;2019年

2 罗海波;混沌序列的构造及其图像加密研究[D];安徽理工大学;2019年

3 赵尹;基于洗牌算法的混沌系统图像加密[D];安徽理工大学;2019年

4 李静;基于混沌理论的图像加密算法设计与实现[D];河南科技大学;2019年

5 耿亚丛;基于密钥图的量子轻量级图像加密技术研究[D];北京交通大学;2019年

6 关卫东;混沌在可重构逻辑电路及图像加密中的应用研究[D];西南大学;2019年

7 黄会;基于压缩感知图像加密算法设计及其应用研究[D];西南大学;2019年

8 张琼;基于遗传算法的混沌图像加密系统[D];江西财经大学;2019年

9 沈玉真;基于计算全息图的图像加密技术研究[D];安徽工程大学;2019年

10 董佳宾;光学多图像加密技术研究[D];上海师范大学;2019年

本文编号：2606072