[發明專利]基于量子的數字音頻信號加密/解密方法

在審

• 申請號: 201410128522.X
• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103916238A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 楊宇光;田舉
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04L9/08
• 分類號: H04L9/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于量子信息加密領域，涉及量子保密通信技術，尤其涉及一種基于量子的數字音頻信號加密/解密方法。

背景技術

隨著網絡的快速發展和廣泛應用，近年來，多媒體數據在公共環境中的安全傳輸已經越來越重要。這些通道的開放性使得這些數據在傳輸過程中很容易受到各種攻擊，因此，對多媒體內容的保護已成為一項基本要求。針對不同的保護目的，已經發明了多種技術用于內容保護，包括通過嵌入在原始數據中所有者的信息進行水印認證，將重要信息隱藏在載體圖像中的隱寫術，使一些多媒體內容（如音頻，視頻和圖像）變得難以辨別的加密技術等。

隨著量子計算的不斷發展，對多媒體信息的加密逐漸由經典領域轉到量子領域。目前，用量子進行加密的對象絕大部分是圖像，對音頻信息加密的研究卻寥寥無幾。例如，中國學者R.G.Zhou等[R.G.Zhou,Q.Wu,M.Q.Zhang,C.Y.Shen,Quantum?image?encryption?and?decryption?algorithms?based?on?quantum?image?Geometric?transformations.Int.J.Theor.Phys.,vol.52,1802-1817(2012)]提出了一種基于受限量子幾何變換的圖像加密算法。針對音頻信息的量子加密方法，可以基于雙隨機相位編碼（Double?random?phase?encoding，簡記為DRPE）的方法實現音頻數據的量子加密。DRPE是由R.Refregier等在[R.Refregier,B.Javidi,Optical?image?encryption?based?on?input?plane?and?Fourier?plane?random?encoding,Opt.Lett.20(7),767–769(1995)]中首次提出的。

盡管光學系統可能由于其操作的并行性和高速性對于信息保護有很大作用，但大多數的光學加密系統都差強人意。這是因為，通過自由空間傳輸的光學元件具有很大尺寸，操作不靈活并且不穩定。此外大部分光學加密系統有安全漏洞，容易受到各種攻擊。DRPE的基本思想是分別在空間域和頻域對媒體信息進行加密，從而得到一個振幅和相位都隨機分布的白噪聲。已有研究表明，量子算法相對于經典算法的運算速度有很大提高。結合DRPE方法和量子計算的優點，在量子領域對音頻信息進行加密，可以使音頻信息變得嘈雜無規則，實現對音頻信息的快速加密。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提出了一種基于量子的數字音頻信號加密/解密方法，旨在實現對音頻信息的保護。

本發明所述方法包括兩個階段：(1)音頻信息加密階段：首先實現音頻數據的量子態表示，然后利用兩個密鑰，分別在空間域和量子傅立葉變換（Quantum?Fourier?Transform，簡記為QFT）域對音頻數字信號進行處理；(2)音頻信息解密階段：由量子計算的可逆性可知，解密過程是加密過程的逆處理。

一種基于量子的音頻數字信號加密/解密方法，其特征在于包括以下部分：

步驟一，對音頻數字信號的加密過程，方法如下：

（1）實現音頻數據的量子態表示；

（2）利用密鑰K₁.在空間域對量子態的音頻數據進行加密，得到|M>；其中密鑰K₁是空間域的加密密鑰，對應空間域的相位操作UK1=100eiψj,]]>ψ_j是0～2π之間均勻分布的實數。

（3）對|M>進行QFT操作，得到QFT(|M>)