[发明专利]基于量子的数字音频信号加密/解密方法

权利要求书

1.基于量子的数字音频信号加密/解密方法；其特征在于包括以下步骤：

步骤1，实现对音频数字信号的加密；

步骤1.1，实现音频数字信号的量子态表示；

音频数据的量子态表示如下：

|I(θ)>=1NΣj=0N-1|cj>⊗|j>]]>

|cj>=(|0>+eiθj|1>)]]>

其中，N代表每一个音频数据块的采样数，|c_j>代表第j个采样点的振幅，是|c_j>的相位参数；|0>和|1>代表二维的计算基量子态；|j>，j＝0,1,…,N-1代表N维的计算基量子态，用来表示第j个采样点的位置信息；音频的量子态表示包括两部分：|c_j>和|j>，分别表示第j个采样点的振幅和位置信息；为了能在振幅|c_j>上进行操作，可以用相位门U=100eiψj]]>对|c_j>进行处理，ψ_j为相位门U的相位信息，ψ_j是0～2π之间均匀分布的实数；

步骤1.2，对音频数据量子态进行加密；

（1）在空间域利用密钥K₁对原始音频数据|Ο>进行加密得到|M>，表示如下：

|M>=EK1|O>=UK1⊗IN|O>=UK1⊗IN1NΣj=0N-1|cj>⊗|j>=1NΣj=0N-1UK1|cj>⊗|j>=1NΣj=0N-1|dj>⊗|j>]]>

其中，|O>=1NΣj=0N-1|cj>⊗|]]>j>为原始音频数据的量子态，|dj>=(|0>+ei(θj+ψj)|1>),]]>和i＝1,2，分别代表加密和解密函数，UK1=100eiψj]]>为密钥K₁对应空间域的相位操作，ψ_j是0到2π之间均匀分布的实数；I_N为单位矩阵；

（2）对|M>进行QFT操作得到QFT(|M>)，表示形式如下：

QFT(|M>)=QFT(12NΣj=0N-1|dj>⊗|j>)]]>

其中，QFT定义为在标准正交基|0>,…,|N-1>上进行如下线性操作：

QFT:|j>→1NΣk=0N-1e2πijk/N|k>]]>

（3）利用密钥K₂对QFT(|M>)进行加密，得到|M₁>，表示如下：

|M1>=EK2QFT(|M>)=UK2⊗INQFT(|M>)=UK2⊗INQFT(1NΣj=0N-1|dj>⊗|j>)=1NΣj=0N-1UK2QFT(|dj>⊗|j>)]]>

其中，UK2100eiυj]]>是密钥K₂对应QFT域的相位操作，υ_j是0到2π之间均匀分布的实数；

（4）对|M₁>执行逆QFT操作，从而获得量子音频加密数据|C>，表示如下：

|C>=inQFT(|M1>)=inQFT(1NΣj=0N-1UK2QFT(|dj>⊗|j>))]]>

其中，逆QFT是对QFT执行逆操作；

步骤2，实现对数字音频的解密过程；

由于所有的量子操作都是酉操作，解密过程是加密过程的逆操作，包括以下步骤：

步骤2.1，对|C>执行QFT操作，得到|M₁>，表示如下：

QFT(|C>)＝QFT(inQFT(|M₁>))＝|M₁>

步骤2.2，利用密钥K₂对|M₁>执行解密操作，得到QFT(|M>)：

EK2-1|M1>=U+K2⊗IN|M1>=U+K2⊗INEK2QFT(|M>)=(U+K2⊗IN)(UK2⊗IN)QFT(|M>)=U+K2UK2⊗INQFT(|M>)=QFT(|M>)]]>

其中，为的共轭转置矩阵；

步骤2.3，对QFT(|M>)执行逆QFT操作得到|M>，表示为：

inQFT(QFT(|M>))＝|M>

步骤2.4，利用密钥K₁对|M>执行解密操作，从而得到原始量子音频数据|Ο>，表示为：

EK1-1|M>=U+K1⊗IN|M>=U+K1⊗INEK1|O>=(U+K1⊗IN)(UK1⊗IN)|O>=U+K1UK1⊗IN|O>=|O>]]>