抗几何攻击的量子图像信息隐藏协议的研究

In quantum image information hiding, geometric attacks are one important kind of attacks. However, restricted quantum image geometric transformations make that it is hard to analyze the ability of quantum image information hiding protocols to resist geometric attacks. Combining quantum image with quantum information hiding: firstly, quantum image geometric transformations are researched, and the interpolation algorithm of quantum images is presented, which is the key algorithm to achieve unrestricted quantum image geometric transformations. Secondly, geometric attacks, which are used to attack quantum image information hiding protocols, are extracted based on the unrestricted quantum image geometric transformation, and a method for analyzing the ability of the protocol to resist geometric attacks is given. Thus the performance evaluation system of quantum image information hiding is improved. Thirdly, in order to further improve the performance evaluation system, a formalized analysis method, which can quantificationally analyze the imperceptibility of quantum image information hiding, is proposed. Finally, based on the improved performance evaluation system, new quantum image information hiding protocols, which can resist to geometric attacks, are presented.

几何攻击是攻击量子图像信息隐藏协议的重要手段，受限量子图像几何变换使得无法完备地分析量子图像信息隐藏协议抵抗几何攻击的能力。本项目将量子图像理论和量子图像信息隐藏理论相结合：首先，研究了量子图像几何变换，提出实现不受约束量子图像几何变换的关键算法量子图像插值算法；然后，基于不受约束量子图像几何变换算法，提取攻击量子图像信息隐藏协议的几何攻击方法，给出分析协议抵抗几何攻击能力的方法，改善量子图像信息隐藏的性能评价体系；再次，为了进一步改善量子图像信息隐藏的性能评价体系，提出能够定量分析协议隐蔽性的形式化分析方法；最后，以改善后的性能评价体系为标准，设计抗几何攻击的量子图像信息隐藏协议。

能够抵抗几何攻击是衡量量子图像信息隐藏协议鲁棒性的一项重要指标。项目以研究能够抵抗几何攻击的量子图像信息隐藏协议为目标，开展的研究工作概括描述如下：.（1）量子图像几何变换算法方面：改进了量子图像FRQI表示模型，实现了彩色图像的量子表示。实现了部分量子图像复合几何变换。完成了量子插值算法的部分研究工作，为实现不受约束的量子图像几何变换算法提供了基础。.（2）量子图像信息隐藏性能评价体系方面：首先，分类研究量子信息隐藏协议及其性能评价标准，规范了量子图像信息隐藏协议的性能评价体系。然后，基于Fannes不等式，将量子迹距离和冯诺依曼熵相结合，提出一种量子图像信息隐藏隐蔽性的形式化分析方法，解决了无法定量分析量子图像信息隐藏协议隐蔽性的问题，改善了量子图像信息隐藏协议性能评价体系。提取了量子图像信息隐藏的部分几何攻击方式，进一步完善了量子图像信息隐藏协议的性能评价体系。.（3）量子图像信息隐藏协议方面：提出了一种空域量子水印协议，并利用基本量子门给出了实现秘密信息嵌入和提取的量子线路。该协议不需要对图像进行其它变换操作，在计算复杂度、嵌入容量和安全性方面都有一定的优势。.此外，在量子信息隐藏应用方面，项目对研究内容进行了扩展性的应用研究，分析了工业控制网络中的信息泄露和身份认证等问题，尝试将量子信息隐藏应用于控制网络的身份认证中，提出了一种基于量子哈希函数的消息认证协议。.综上所述，项目针对其研究内容开展的研究工作已取得了一定的研究成果，共发表学术论文7篇（SCI论文3篇，核心期刊论文4篇），申请发明专利1项（申请号202110142897.1），已基本完成预期的研究目标。其研究成果一定程度上推动了量子信息隐藏和量子图像理论的发展，且能够应用于解决实际网络安全问题，具有一定的理论价值和应用价值。