【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)和多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展,圖像作為主要的信息載體之一,可能涉及大量個(gè)人隱私信息以及其它重要信息。然而,在大數(shù)據(jù)時(shí)代,圖像的像素不斷提高,單個(gè)圖像文件大小不斷增大,同時(shí)圖像數(shù)量日益劇增,因此,如何安全又高效地加密圖像成為一個(gè)研究難點(diǎn)。近年來,量子計(jì)算所具有的天然并行性為海量圖像的加密帶來了一個(gè)新的研究思路,本文以量子圖像加密技術(shù)為研究?jī)?nèi)容,致力于提出安全、高效的輕量級(jí)量子圖像加密算法,本文主要的研究?jī)?nèi)容有以下三點(diǎn):(1)本文針對(duì)幾種典型的量子圖像存儲(chǔ)方法進(jìn)行了研究,分析總結(jié)出每種量子圖像表示方法的特點(diǎn)以及它們之間的區(qū)別。同時(shí),針對(duì)每種量子圖像表示方法,本文還分析了其適用的場(chǎng)景。上述工作為量子圖像加密算法中涉及的量子圖像表示方法的選擇提供了依據(jù)。(2)從“Classically-inspired QIE(Quantum Image Encryption)”角度出發(fā),本文將經(jīng)典圖像加密中的小波變換引入到量子圖像加密領(lǐng)域,提出了一種基于小波變換的量子圖像加解密算法。該算法利用圖像經(jīng)過小波變換之后,絕大部分信息集中在低頻部分的特性,僅對(duì)圖像低頻部分進(jìn)行XOR操作以達(dá)到加密的效果。同時(shí),設(shè)計(jì)了算法的量子線路,并利用仿真和理論分析證明了該算法具有較高的安全性和較低的計(jì)算復(fù)雜度。(3)從“Optics-based QIE”角度出發(fā),通過充分利用量子糾纏性、并行性等特點(diǎn),本文提出了一種基于量子密鑰圖的量子圖像加密算法。本文首次提出了量子密鑰圖,其是采用某種量子存儲(chǔ)方法制備的一種特殊的量子圖像,用來存儲(chǔ)加密密鑰。本文采用GQIR(Generalized Quantum Image Representation)的量子圖像存儲(chǔ)方法,量子密鑰圖的灰度值即為由加密算法生成的密鑰序列。加密時(shí),明文圖像逐位和量子密鑰圖進(jìn)行XOR運(yùn)算完成加密。本文給出了加密算法的量子線路,并采用仿真和理論分析驗(yàn)證了所提出的加密算法,本算法具有加密效率高、密鑰空間大的特點(diǎn)。綜上,本文從兩個(gè)角度分別設(shè)計(jì)了兩種輕量級(jí)量子圖像加密算法,特別是基于量子密鑰圖的量子圖像加密算法,提出了量子密鑰圖的概念,利用了量子疊加存儲(chǔ)特性簡(jiǎn)化了加密操作復(fù)雜性。能夠?qū)崿F(xiàn)海量圖像的高效加密。此外,量子密鑰圖作為一種新的加密方式,具有一定的通用性,比如基于小波變換的量子圖像加密算法可以用量子密鑰圖的方式實(shí)現(xiàn),進(jìn)一步提升加密效率。
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋２－７邋Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ邋Ｕ－ｇａｔｅ逡逑本章小結(jié)逡逑章對(duì)量子圖像加密領(lǐng)域中經(jīng)常用到的量子計(jì)算理論進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，大特性、量子基本門和量子線路等。量子特性保證了量子圖像加密，，量子門和量子線路保證了量子圖像加密算法的可行性。逡逑

■［％，私名｝ｅ邐是編碼圖像中第ｆ?zhèn)�像素的顏色信息的角度參數(shù)，這逡逑里＆被設(shè)置為0，使兩個(gè)系數(shù)（ｃ0ｓ＆邋＝邋ｌ且ｓｉｎ＆＝０）恒定，以不攜帶任何信息。逡逑ＭＣＱＩ的計(jì)算復(fù)雜度跟ＦＲＱＩ相同，即0（廣）。圖３－２為ＭＣＱＩ模型存儲(chǔ)的圖像示逡逑意以及它的表達(dá)式，其中圖像的大小為２ｘ２。逡逑１６逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP391.41;TP309.7;O413

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本文編號(hào)：2606072