【摘 要】
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信息技术快速的发展让人们进入了大数据时代,同时也让我们感受到信息泄漏的威胁。图像作为一种生活中常见的信息载体,其容易遭到攻击者的攻击。因此,为了保证图像数据安全传输,相关研究者不断地提出了许多的图像加密算法。当前,人们对图像质量的要求越来越高,使得原本数据冗余程度较大的图像占用硬件资源更大,这也大大的降低了图像加密的效率。近年来,随着量子计算的研究逐渐深入,其并行性恰好为高质量图像加密效率低的问题
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信息技术快速的发展让人们进入了大数据时代,同时也让我们感受到信息泄漏的威胁。图像作为一种生活中常见的信息载体,其容易遭到攻击者的攻击。因此,为了保证图像数据安全传输,相关研究者不断地提出了许多的图像加密算法。当前,人们对图像质量的要求越来越高,使得原本数据冗余程度较大的图像占用硬件资源更大,这也大大的降低了图像加密的效率。近年来,随着量子计算的研究逐渐深入,其并行性恰好为高质量图像加密效率低的问题提供了一种解决方案。本文以现有的量子图像加密算法为基础,结合部分经典图像加密算法,提出了两个量子图像加密算法。本文的具体工作如下:基于Daubechies D(4)量子小波变换(DQWT)和三维超混沌Henon映射,提出了一种量子图像压缩加密算法。一个量子图像由迭代的广义Arnold变换进行位置置乱以消除其块效应。将DQWT和由哈达玛门构造的测量矩阵对已经完成位置置乱的量子图像进行压缩以产生一个量子压缩图像。利用三维超混沌Henon映射迭代产生一组定长密钥,并根据模运算将其映射在灰度图像像素值范围内,使其构造成一量子密钥图像。将所构造的量子密钥图像和所产生的量子压缩图像进行异或操作完成图像加密。加密过程中涉及3个初始值和2个控制参数,密钥空间足够大。实验结果验证了该图像加密算法是可行的,能有效地抵御一些常见攻击。在现有卷积神经网络量子线路模型的基础上,设计了一个新的量子卷积神经网络的模型,并利用该模型提出了一个对称量子图像加密算法。利用量子混沌映射对其初始值的敏感性产生一组密钥,并将其用于所设计的量子图像加密算法中。为验证所提算法是安全可行的,假设通信三方,即发送方、接收方与攻击方。发送方将明文图像和所产生的密钥比特信息注入到其已经训练好的量子卷积神经网络中以类似异或操作的方式进行加密并输出对应的加密图像信息。接收方接收到加密图像信息并通过与发送方类似的操作和密钥解密密文图像中的信息。即便给予攻击方更多的优化操作,攻击方因没有密钥而得不到任何明文图像信息。仿真实验结果验证了该算法是安全可行的。
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