[发明专利]基于量子图像的水印嵌入方法、提取方法和量子线路

说明书

本申请涉及基于量子图像的水印嵌入方法、提取方法和量子线路，属于量子密码领域技术领域，本申请中的嵌入方法包括：分别准备一幅载体量子图像和一幅水印量子图像；根据所述水印量子图像构建溢出算子、旋转算子以及用于控制水印嵌入位置的密钥，并进而建立嵌入整幅图像所需的嵌入算子；利用所述嵌入算子对所述载体量子图像进行运算，以得到嵌入水印的量子图像。本申请中水印嵌入及提取过程中严格遵循了量子力学原理，且无需用到辅助量子纠缠资源，该方法可以嵌入较多的水印信息，有效的实现了基于量子图像的水印嵌入。

技术领域

本申请属于量子密码领域，涉及量子信息隐藏技术，具体涉及基于量子图像的水印嵌入、提取方法和量子线路。

背景技术

互联网技术的发展促进了多媒体通信的发展，图像因其具有的直观形象性成为网络通信中一种重要的多媒体形式。量子计算、量子计算机当前已经成为各国的研究热点，一旦量子计算机成为实用的计算机，那么量子图像随之将会成为重要的多媒体形式。

量子计算中，信息的基本单元为量子比特(Qubits)，一般用计算基|0和|1作为基态。一个量子态可以是两个基态的叠加态，可以记为这里a和b都是复数，量子态需满足归一化约束，满足|a|²+|b|²＝1。图像作为通信过程中的一种重要的信息形式，可以将图像的信息存储在一个量子系统中，以如下一个量子叠加态表示一幅图像：

这里|I满足量子态的归一化约束，其中|C表示一幅图像的像素信息，|P则表示其相应的位置信息，这种图像的量子比特表示后面称为量子图像。封闭的量子系统的演化由酉变换来刻画，也就是说量子系统在不同时刻的状态之间的演化由酉算子来描述。而酉算子是可以由量子逻辑门来刻画，单量子比特门和受控非门为一类重要的通用门，一般的量子逻辑门可以由单量子比特门和受控非门构成。常用的单量子比特门及受控非门的名称、符合及对应的酉矩阵表示见图4。量子计算机是一种遵循量子力学规律可用于进行高速数学和逻辑运算，存储及处理量子信息的物理装置，它通过由量子逻辑门组成的量子线路实现。

量子计算机具有并行计算的能力，可以解决经典计算机无法解决的数据难题，如质因子分解问题，给经典的密码体制带来了威胁。目前，用量子力学原理考虑经典的数字水印问题也有一定的研究价值。量子图像上的水印(后面称为量子水印)研究结合了量子图像和量子密码两种新的不同交叉学科。近几年来，学者们开始了对量子水印方面的研究，也却取得了一些研究成果。但是目前的研究成果中在方法的实现及性能方面存在着问题。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于量子图像的水印嵌入方法、提取方法和量子线路，可利用量子计算的并行性，提高水印嵌入及提取的效率，从而提高水印技术的性能。

为实现以上目的，本申请采用如下技术方案：

第一方面，

本申请提供一种基于量子图像的水印嵌入方法，该嵌入方法包括：

分别准备一幅载体量子图像和一幅水印量子图像；

根据所述水印量子图像构建溢出算子、旋转算子以及用于控制水印嵌入位置的密钥，并进而建立嵌入整幅图像所需的嵌入算子；

利用所述嵌入算子对所述载体量子图像进行运算，以得到嵌入水印的量子图像。

可选地，所述载体量子图像为2ⁿ×2ⁿ像素大小，所述水印量子图像为2^m×2^m像素大小，所述载体量子图像和所述水印量子图像分别以如下表达式表示：