【摘 要】
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量子信息学近年来作为量子力学与信息科学相结合的新型产物,经过近三十年突飞猛进的发展,在量子通信、量子计算机等方面引起了研究者的广泛关注。由于经典计算机受到量子效应
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量子信息学近年来作为量子力学与信息科学相结合的新型产物,经过近三十年突飞猛进的发展,在量子通信、量子计算机等方面引起了研究者的广泛关注。由于经典计算机受到量子效应的干扰及能耗问题的限制,其发展受到很大的阻碍。量子信息处理技术的目的和意义在于提升检测精度、加快处理速度、保证信息安全和扩大信息容量,打破传统信息系统的极限。经典算法没有量子算法对应的资源:量子并行性、量子态的干涉和纠缠。因此,在深入分析现有经典图像加密及量子图像加密的研究基础上,充分利用量子信息的特点,结合经典图像加密中的显著元素,构建量子图像加密模型,使量子图像加密算法既延伸了经典加密的方向也同时扩充了量子加密的内容,为量子图像的安全性提供有效保障。具体研究内容如下:设计一个基于超混沌系统和量子傅里叶变换(QFT)的量子彩色图像加密方案。利用陈氏超混沌系统产生的四个超混沌序列分别与彩色明文图像的三个灰色分量进行置乱扩散。接着,通过量子旋转门对不同子图像进行旋转操作,最后由受控相位门控制的量子傅里叶变换对初步加密图像进行加密得到密文图像。数值仿真结果表明,该加密算法能有效抵御各种非法攻击,密钥空间大,对初始密钥的敏感度高,密文图像灰度值分布均匀,加密图像相邻像素之间的相关性较弱,具有很高的安全性。为了突出强度或饱和度分量以获得高品质的彩色图像,保持色相分量不变是很重要的;色调、饱和度、亮度(HSI)模型是一个公共的颜色模型,本文提出一种新的基于HSI模型和量子傅里叶变换的彩色图像加密方法。通过把原始彩色图像转换到HSI空间,然后采用Logistic映射扩散颜色分量中的像素位置。随后,量子图像最低有效比特(LSQb)信息隐藏算法的量子傅里叶变换被用来完成加密。由于密文只是灰度图像和相位矩阵的组合,密文在一定程度上具有伪装性能。数字仿真结果和统计分析表明,设计的量子彩色图像加密算法具有充分的安全性和有效性。
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