[發明專利]基于量子圖像的水印嵌入方法、提取方法和量子線路

在審

• 申請號: 202110142897.1
• 申請日: 2021-02-02
• 公開（公告）號: CN112801845A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 魏戰紅
• 申請（專利權）人: 北京石油化工學院
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;H04L9/08
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 鮑亞平

本申請涉及基于量子圖像的水印嵌入方法、提取方法和量子線路，屬于量子密碼領域技術領域，本申請中的嵌入方法包括：分別準備一幅載體量子圖像和一幅水印量子圖像；根據所述水印量子圖像構建溢出算子、旋轉算子以及用于控制水印嵌入位置的密鑰，并進而建立嵌入整幅圖像所需的嵌入算子；利用所述嵌入算子對所述載體量子圖像進行運算，以得到嵌入水印的量子圖像。本申請中水印嵌入及提取過程中嚴格遵循了量子力學原理，且無需用到輔助量子糾纏資源，該方法可以嵌入較多的水印信息，有效的實現了基于量子圖像的水印嵌入。

技術領域

本申請屬于量子密碼領域，涉及量子信息隱藏技術，具體涉及基于量子圖像的水印嵌入、提取方法和量子線路。

背景技術

互聯網技術的發展促進了多媒體通信的發展，圖像因其具有的直觀形象性成為網絡通信中一種重要的多媒體形式。量子計算、量子計算機當前已經成為各國的研究熱點，一旦量子計算機成為實用的計算機，那么量子圖像隨之將會成為重要的多媒體形式。

量子計算中，信息的基本單元為量子比特(Qubits)，一般用計算基|0和|1作為基態。一個量子態可以是兩個基態的疊加態，可以記為這里a和b都是復數，量子態需滿足歸一化約束，滿足|a|²+|b|²＝1。圖像作為通信過程中的一種重要的信息形式，可以將圖像的信息存儲在一個量子系統中，以如下一個量子疊加態表示一幅圖像：

這里|I滿足量子態的歸一化約束，其中|C表示一幅圖像的像素信息，|P則表示其相應的位置信息，這種圖像的量子比特表示后面稱為量子圖像。封閉的量子系統的演化由酉變換來刻畫，也就是說量子系統在不同時刻的狀態之間的演化由酉算子來描述。而酉算子是可以由量子邏輯門來刻畫，單量子比特門和受控非門為一類重要的通用門，一般的量子邏輯門可以由單量子比特門和受控非門構成。常用的單量子比特門及受控非門的名稱、符合及對應的酉矩陣表示見圖4。量子計算機是一種遵循量子力學規律可用于進行高速數學和邏輯運算，存儲及處理量子信息的物理裝置，它通過由量子邏輯門組成的量子線路實現。

量子計算機具有并行計算的能力，可以解決經典計算機無法解決的數據難題，如質因子分解問題，給經典的密碼體制帶來了威脅。目前，用量子力學原理考慮經典的數字水印問題也有一定的研究價值。量子圖像上的水印(后面稱為量子水印)研究結合了量子圖像和量子密碼兩種新的不同交叉學科。近幾年來，學者們開始了對量子水印方面的研究，也卻取得了一些研究成果。但是目前的研究成果中在方法的實現及性能方面存在著問題。

上述內容僅用于輔助理解本發明的技術方案，并不代表承認上述內容是現有技術。

發明內容

為至少在一定程度上克服相關技術中存在的問題，本申請提供一種基于量子圖像的水印嵌入方法、提取方法和量子線路，可利用量子計算的并行性，提高水印嵌入及提取的效率，從而提高水印技術的性能。

為實現以上目的，本申請采用如下技術方案：

第一方面，

本申請提供一種基于量子圖像的水印嵌入方法，該嵌入方法包括：

分別準備一幅載體量子圖像和一幅水印量子圖像；

根據所述水印量子圖像構建溢出算子、旋轉算子以及用于控制水印嵌入位置的密鑰，并進而建立嵌入整幅圖像所需的嵌入算子；

利用所述嵌入算子對所述載體量子圖像進行運算，以得到嵌入水印的量子圖像。

可選地，所述載體量子圖像為2ⁿ×2ⁿ像素大小，所述水印量子圖像為2^m×2^m像素大小，所述載體量子圖像和所述水印量子圖像分別以如下表達式表示：