本文關(guān)鍵詞：量子音頻、圖像加密算法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：多媒體信息作為一種重要的資源,其安全性成了人們關(guān)注的重點(diǎn)。隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步和研究的不斷深入,人們雖已提出了許多加密方案,但是大部分方案被證實(shí)存在一些缺陷,如效率低、加密效果太差、容易受到各種攻擊。數(shù)字音頻和數(shù)字圖像作為兩種重要的信息載體,對(duì)它們的加密研究,構(gòu)成了其他多媒體數(shù)據(jù)保護(hù)的基礎(chǔ),可見(jiàn)對(duì)它們的加密研究具有很高的理論意義和實(shí)用價(jià)值。因此,加強(qiáng)對(duì)音頻、圖像信息的保護(hù)成了如今亟需解決的問(wèn)題。量子計(jì)算作為一個(gè)新的研究方向,漸漸地被越來(lái)越多的人關(guān)注和研究,對(duì)多媒體信息的加密過(guò)程也自然地推廣到了量子領(lǐng)域。量子計(jì)算作為一種新型計(jì)算模型,可以利用量子力學(xué)的糾纏、疊加等特性來(lái)存儲(chǔ)、處理和傳輸數(shù)據(jù)信息。本文考慮將量子計(jì)算和多媒體加密相結(jié)合,利用量子力學(xué)的特殊性質(zhì)來(lái)彌補(bǔ)經(jīng)典加密方法中的缺陷。本文主要是將量子加密算法應(yīng)用到數(shù)字音頻和數(shù)字圖像領(lǐng)域,取得的主要研究成果如下:(1)提出了一種量子數(shù)字音頻加密方案。該算法通過(guò)引入音頻的量子表示模型,然后利用雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)(Double Random Phase Encoding,簡(jiǎn)記為DRPE),分別在空域和傅里葉頻域?qū)α孔右纛l數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。只有獲得空域和傅里葉頻域的兩個(gè)加密密鑰,才能恢復(fù)原始音頻數(shù)據(jù)。利用量子計(jì)算中幺正操作的可逆性,可知音頻的解密過(guò)程可利用加密過(guò)程的逆電路實(shí)現(xiàn)。依據(jù)量子計(jì)算的特性,所提方法將對(duì)音頻加密的效率和安全性有很大改善。與基于經(jīng)典的雙隨機(jī)相位編碼加密技術(shù)相比,量子加密方案在安全性、魯棒性、計(jì)算復(fù)雜度上都有很大優(yōu)勢(shì)。(2)提出了一種基于離散量子隨機(jī)游走(Quantum Random Walks,簡(jiǎn)記為QRW)和中國(guó)剩余定理(Chinese Remainder Theorem,簡(jiǎn)記為CRT)的圖像加密壓縮算法。利用量子隨機(jī)游走的非線性動(dòng)力學(xué)特性,可產(chǎn)生一系列隨機(jī)數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)變換和篩選,得到圖像的加密密鑰。將原始圖像與密鑰進(jìn)行異或操作,再經(jīng)過(guò)Arnold變換便得到了加密圖像。然后利用中國(guó)剩余定理的性質(zhì),可以將加密后的圖像以給定的壓縮率k進(jìn)行壓縮,最終得到加密壓縮圖像。該算法的最大優(yōu)勢(shì)是能夠產(chǎn)生一個(gè)非常大的密鑰空間來(lái)預(yù)防強(qiáng)力攻擊,從而防止圖像被非法用戶竊取。通過(guò)對(duì)加密圖像的統(tǒng)計(jì)特性、隨機(jī)性、加密質(zhì)量、壓縮性能等指標(biāo)進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn),本方案具有更好的安全性和壓縮性能。(3)提出了一種基于一維量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)(Quantum Cellular Automata,簡(jiǎn)稱QCA)的灰度級(jí)圖像加密方案。該量子圖像加密過(guò)程可以通過(guò)巧妙地構(gòu)造一維量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的演化規(guī)則來(lái)實(shí)現(xiàn)。該方案利用的改進(jìn)的圖像量子態(tài)表示模型,優(yōu)于現(xiàn)有的圖像量子靈活表示模型,因此可以減少制備量子圖像的時(shí)間。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)仿真表明,所提方案的安全性和計(jì)算復(fù)雜性優(yōu)于基于經(jīng)典細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的圖像加密方案和基于量子傅里葉變換的圖像加密方案。
【關(guān)鍵詞】：音頻加密 圖像加密 量子隨機(jī)游走 量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN918.4;O413
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究的目的和意義10-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.1 音頻加密算法12
• 1.2.2 圖像加密算法12-13
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容及取得成果13-14
• 1.4 論文組織安排14-16
• 第2章 量子密碼基礎(chǔ)16-24
• 2.1 常用符號(hào)16
• 2.2 量子力學(xué)基本原理16-18
• 2.2.1 不確定性原理16-17
• 2.2.2 量子不可克隆定理17-18
• 2.2.3 非正交量子態(tài)不可區(qū)分定理18
• 2.3 量子比特和量子門18-21
• 2.3.1 量子比特18-19
• 2.3.2 量子門19-21
• 2.4 量子并行性21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-24
• 第3章 量子數(shù)字音頻加密算法研究24-36
• 3.1 音頻信息的量子態(tài)表示24-25
• 3.2 量子音頻加密解密過(guò)程25-27
• 3.2.1 音頻的加密過(guò)程25-26
• 3.2.2 音頻的解密過(guò)程26-27
• 3.3 數(shù)字仿真及分析27-34
• 3.3.1 算法經(jīng)典仿真27-28
• 3.3.2 安全性分析28-34
• 3.4 本章小結(jié)34-36
• 第4章 基于離散量子隨機(jī)游走和中國(guó)剩余定理的圖像加密壓縮算法36-50
• 4.1 量子隨機(jī)游走和中國(guó)剩余定理36-38
• 4.1.1 量子隨機(jī)游走36-37
• 4.1.2 中國(guó)剩余定理37-38
• 4.2 加密壓縮過(guò)程38-39
• 4.2.1 根據(jù)量子隨機(jī)游走產(chǎn)生概率分布38
• 4.2.2 對(duì)圖像的加密壓縮過(guò)程38-39
• 4.2.3 對(duì)圖像的解密解壓縮過(guò)程39
• 4.3 數(shù)字仿真及分析39-48
• 4.3.1 對(duì)算法進(jìn)行經(jīng)典仿真40
• 4.3.2 密鑰敏感性分析40-41
• 4.3.3 直方圖分析41
• 4.3.4 相關(guān)性分析41-43
• 4.3.5 密鑰空間分析43-44
• 4.3.6 隨機(jī)性測(cè)試分析44-45
• 4.3.7 加密質(zhì)量分析45
• 4.3.8 信息熵分析45-46
• 4.3.9 壓縮性能分析46-47
• 4.3.10 明文敏感性分析47-48
• 4.4 本章小結(jié)48-50
• 第5章 基于一維量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)的圖像加密算法50-62
• 5.1 灰度圖像的量子加密方案50-54
• 5.1.1 量子細(xì)胞自動(dòng)機(jī)50-51
• 5.1.2 數(shù)字圖像的量子態(tài)表示51-52
• 5.1.3 量子圖像加密算法52-54
• 5.2 數(shù)字仿真和性能比較54-60
• 5.2.1 統(tǒng)計(jì)分析55-58
• 5.2.2 相關(guān)性比較58-59
• 5.2.3 計(jì)算復(fù)雜度比較59-60
• 5.2.4 安全性比較60
• 5.3 本章小結(jié)60-62
• 結(jié)論62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70-72
• 致謝72

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