量子保密通信中量子信息隐藏算法的设计与分析

论文摘要

量子信息隐藏是量子密码学和量子通信网络相结合的一个热门研究课题,它以量子态作为信息的载体,通过隐写技术实现信息隐蔽传输的目的。作为量子信息隐藏在量子保密通信领域中一个重要应用,量子图像信息隐藏可以为保护政府机密信息、商业交易信息和个人隐私信息提供更加安全的技术,具有重要的现实意义。回顾量子图像信息隐藏现有的研究成果,可发现量子图像水印算法陷入了弱稳健性的困境,且量子图像隐写算法面临着如何在隐蔽性和嵌入效率上保持平衡的挑战。因此,本文对如何提高量子图像水印算法的稳健性和平衡量子图像隐写算法的隐蔽性与嵌入效率进行了设计与分析,具体的研究内容如下:(1)基于使用密钥的受控最低有效位修改技术的稳健性和对数极坐标量子图像表示模型(QUALPI)的几何特性,提出了一种稳健型量子图像水印算法。针对最低有效位修改技术透明性强但稳健性弱的特点,新算法不但运用量子密钥分发技术来抵抗扫描与复印攻击,而且运用QUALPI量子图像旋转和缩放的不变性特点来抵抗几何变换攻击,可以更好地保证量子水印图像的透明性和稳健性。(2)基于运用修改方向(EMD)嵌入方法的嵌入效率高和增强型量子图像表示模型(NEQR)的灵活性,提出了一种高效的量子图像隐写算法。相比于最低有效位修改技术的低嵌入效率,EMD嵌入方法有着更高的嵌入效率,这是因为对载体像素组中不同像素的灰度值的修改方向,代表了不同的秘密信息。设计实现EMD嵌入方法的量子线路,为理解新算法的嵌入过程和提取过程提供了一种捷径。(3)基于矩阵编码的嵌入效率高与隐蔽性强,以及量子彩色图像表示模型(NCQI)的高冗余量,提出了一种高效且隐蔽性强的量子图像隐写算法。与EMD嵌入方法相似,矩阵编码的嵌入效率高是因为对载体像素组中不同像素的最低有效位的修改,代表了不同的秘密信息。同时,矩阵编码通过对载体像素的最低有效位进行修改,使其具有隐蔽性强的优点。基于矩阵编码,新算法不仅避免将秘密信息嵌入在载体像素的敏感位置,而且能有效减少对载体像素的修改。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究的背景和意义
•   1.2 国内外研究现状
•   1.3 论文主要研究内容和章节安排
• 第二章 量子信息基础
•   2.1 量子计算与量子信息基础
•     2.1.1 量子比特
•     2.1.2 酉算子和量子逻辑门
•     2.1.3 密度算子
•     2.1.4 保真度
•   2.2 多种量子图像的表示模型
•     2.2.1 增强型量子图像表示模型（NEQR）
•     2.2.2 对数极坐标量子图像表示模型（QUALPI）
•     2.2.3 量子彩色图像表示模型（NCQI）
• 第三章 一种基于密钥的受控最低有效位修改技术的稳健型量子图像水印算法
•   3.1 引言
•   3.2 量子水印图像的嵌入过程
•   3.3 量子水印图像的提取过程
•   3.4 实验仿真结果和相关性能分析
•     3.4.1 透明性
•     3.4.2 稳健性
•     3.4.3 嵌入容量
•   3.5 结束语
• 第四章 基于运用修改方向（EMD）嵌入方法的量子图像隐写算法
•   4.1 引言
•   4.2 EMD嵌入方法
•   4.3 EMD嵌入方法的专用量子线路设计
•     4.3.1 可逆半加器（RHA）
•     4.3.2 可逆全加器（RFA）
•     4.3.3 可逆并行加法器（PA）
•     4.3.4 并行减法器（PS）
•     4.3.5 加1 器（+1）和减1 器（-1）
•     4.3.6 量子比较器（QC）
•     4.3.7 EMD嵌入方法的专用量子线路
•   4.4 基于EMD嵌入方法的量子图像隐写算法
•   4.5 实验仿真结果和相关性能分析
•     4.5.1 隐蔽性
•     4.5.2 安全性
•     4.5.3 嵌入效率和嵌入容量
•   4.6 结束语
• 第五章 基于矩阵编码的量子图像隐写算法
•   5.1 引言
•   5.2 矩阵编码在信息隐藏系统中的应用及其量子线路的设计
•   5.3 基于（1,3,2）码隐写技术的量子图像隐写算法
•     5.3.1 基于SPE（1,3,2）码的量子图像隐写算法
•     5.3.2 基于MPsE（1,3,2）码的量子图像隐写算法
•   5.4 实验仿真结果和相关性能分析
•     5.4.1 隐蔽性
•     5.4.2 安全性
•     5.4.3 嵌入效率和嵌入容量
•   5.5 结束语
• 第六章 总结与展望
•   6.1 本文研究工作的总结
•   6.2 研究方向展望
• 参考文献
• 作者简介
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 程振文

导师: 李涛,唐红昇

关键词: 量子信息隐藏,量子图像水印,量子图像隐写,最低有效位修改技术,运用修改方向的嵌入方法,矩阵编码

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,电信技术

单位: 南京信息工程大学

分类号: O413;TN918.4

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000475

总页数: 85

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