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《北京邮电大学》 2011年
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量子信息隐藏协议设计与分析的研究

瞿治国  
【摘要】:量子信息隐藏是经典信息隐藏与量子密码、量子通信技术的最新结合,是信息安全技术中的新亮点。量子信息隐藏以经典信息隐藏的设计思想为基础,通过在量子密码或量子通信技术中建立隐蔽的量子信道,从而实现通信者之间的秘密通信。量子信息隐藏研究不仅能为量子密码、量子通信技术的理论研究作出重大贡献,而且还可对国家信息安全保护构成巨大影响。随着研究的不断深入,量子信息隐藏研究已由早期的主要偏重于基于量子物理特性和经典量子密码技术的量子信息隐藏协议设计,扩展到了现在的能基于各种量子密码和量子通信技术的量子信息隐藏协议设计。特别是能够拥有更为优良的隐蔽性和安全性表现的量子隐写协议设计是当前量子信息隐藏技术发展的重点。 量子计算、量子密码和量子通信是量子信息技术研究中的三大研究方向。当前,随着量子计算机的不断发展,量子信息技术的网络化趋势越来越明显。作为这种发展任务的直接承担者,量子通信技术的研究与发展无论是在理论上还是实际应用上都有着极为重要的意义。近年来,量子安全直接通信(Quantum Secure Direct Communication, QSDC)由于拥有较高的信息传输率、合理的量子资源利用率和较强的安全性,得到了长足的发展。而量子会话(Quantum Dialogue, QD)是量子安全直接通信技术的最新发展形式,无论是在信息传输率、量子资源利用率还是安全性上,它都能比量子安全直接通信具有更为优异的表现。此外,量子会话的研究发展还可为量子信息隐藏技术的研究发展提供一个新的发展平台。因此,对量子会话技术展开深入的研究具有十分积极的意义。 本论文主要对量子信息隐藏协议设计和量子会话协议设计进行了研究。此外,由于经典隐写是量子信息隐藏技术发展的思想来源。为了能从经典隐写中获取新的研究思路,我们的研究还涉及了经典隐写算法设计。具体的研究内容包括四个部分:基于改进"Ping-Pong"量子安全直接通信协议的量子信息隐藏协议设计、基于χ型纠缠态量子安全直接通信协议的量子信息隐藏协议设计、基于x型纠缠态的无信息泄露安全量子会话协议设计和高效率隐写算法设计。论文对我们在相关研究过程中所取得的成果进行了详细地阐述。其中,主要的创新工作简要归纳如下: 1.在基于改进‘'Ping-Pong"量子安全直接通信协议的量子信息隐藏协议设计研究中:我们首先对现有的量子信息隐藏成果进行了分析和总结,根据隐藏方式的不同,将它们划分成了两大类:量子数据隐藏(Quantum Data Hiding, QDH)和量子隐写(Quantum Steganography, QS)。此后,在QS的研究思想基础上,首次提出了基于QSDC协议进行量子隐写协议设计的研究思想,并基于改进"Ping-Pong"量子安全直接通信协议提出了一种新的大容量量子隐写协议。新协议利用Bell态纠缠转换,结合超密编码的方法在QSDC协议中建立隐藏信道,成功实现了通信方之间的秘密通信。同时,该协议容量被扩展至四个比特,四倍于此前量子信息隐藏成果的平均容量。此外,它所建立的包括正常协议信道和隐藏信道在内的叠加信道能够取得比原协议信道更为高效的信息传输率。最后,我们还对新协议的应用功能进行了扩展,使之能够传递量子秘密消息并实现身份认证功能。 2.在基于x型纠缠态量子安全直接通信协议的量子信息隐藏协议设计研究中:我们首先在充分利用猫态纠缠交换相关研究成果的基础上,提出了一种新的x型纠缠态纠缠交换计算方法,并给出了其计算公式和计算结果。然后,我们提出了一种基于x型纠缠态QSDC的超大容量量子隐写协议。它继承了经典隐写的思想,结合纠缠交换和超密编码,成功实现了在x型纠缠态QSDC信道中的隐蔽通信。相比于此前已有的成果,新协议的隐写容量进一步增加到了八个比特。在隐蔽性方面,新协议无需经典信道下的辅助通信,也不会对原x态QSDC协议造成任何干扰。依赖于量子测不准定理和量子不可克隆定理,通过对秘密消息进行随机化处理,新协议的隐蔽性可以达到或接近理论最优。在安全性方面,新协议详细地分析并证明,它不仅能有效应对包括拦截-重发、测量-重发、附加粒子以及中间人攻击等各种常规的窃听攻击,而且还能凭借其优良的隐蔽性有效抵御拒绝服务攻击(Denial of Service, Dos)。 3.在无信息泄露安全量子会话协议设计中:我们在充分研究并总结各种现有量子会话成果的优缺点,重点分析和讨论量子会话中信息泄露问题的各种应对策略及其相应解决方法的基础上,深入挖掘了x型纠缠态的基本物理特性,提出了两种新的量子会话协议。其中,第一种协议基于x型纠缠态不同粒子组上叠加酉变换的相异性。另一种则基于x型纠缠态的纠缠交换。这两种新协议的理论分析证明,相比于以往的量子会话协议,它们通过引入错位选择和增加叠加酉变换的组合不确定性,不仅在应对常规的各种窃听攻击的安全性上有明显增强,而且在会话过程中真正实现了无信息泄露。此外,相比于已有的无信息泄露量子会话成果,新协议在量子资源利用率上也具有明显的优势。 4.在高效率经典隐写算法设计研究中:我们在EMD隐写算法的基础上,对其嵌入率和修改率的进行了改进,提出了一种新的高效率改进算法。新算法主要采用了两种新方法来进行改进:第一个方法是通过对秘密消息进行分级处理来提高嵌入率,同时降低修改率;第二个方法则是通过在载体数据分组中实行共用策略来增加隐写容量,并进一步提高嵌入率。实验结果显示,相比于原EMD算法,新算法在嵌入率和修改率等性能上都有明显提升。
【学位授予单位】:北京邮电大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:O413;TN918

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 陈铭,平西建;基于Arnold变换与改进LSB嵌入方案的信息伪装算法[J];计算机工程与应用;2005年28期
2 陈铭;平西建;;基于Arnold变换的图像信息伪装算法[J];计算机应用研究;2006年01期
3 ;Multiparty quantum secret sharing of classical and quantum messages[J];Progress in Natural Science;2007年01期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 陈秀波;量子安全通信及其线路模拟的研究[D];北京邮电大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨兴江;数字水印技术研究综述[J];阿坝师范高等专科学校学报;2004年04期
2 罗强;刘新;;DCT域基于对角占优阵的安防数字图像水印算法[J];安防科技;2008年04期
3 王秋霞;许铁;;AES算法在发动机防盗系统身份认证中的加密应用[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年02期
4 尚存;高春庚;;基于Arnold变换和DCT变换的数字水印算法[J];安阳工学院学报;2011年02期
5 许旻;孙赢;;基于混沌和Arnlod置乱的水印预处理[J];办公自动化;2009年04期
6 孔方舟;谢锦辉;;使用置乱技术和DCT变换的小波域数字水印[J];北京广播学院学报(自然科学版);2005年04期
7 王琦;董彬;林小竹;;数字水印技术在图像版权保护中的应用[J];北京石油化工学院学报;2006年01期
8 杨忠,李万社;一种DCT域盲水印算法[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2005年03期
9 黄宇刚;赵素华;;数字产品的包装技术分析[J];包装学报;2011年02期
10 暴晋飞;柏森;朱桂斌;李瑶;;一种抗JPEG压缩的数字图像水印算法[J];重庆邮电大学学报(自然科学版);2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前9条
1 田翠华;孙维泽;;应用哈希加密算法对网站信息保密处理的研究[A];创新沈阳文集(A)[C];2009年
2 徐长勇;平西建;刘翠卿;;利用纠错码的JPEG图像压缩域隐写算法[A];第八届全国信息隐藏与多媒体安全学术大会湖南省计算机学会第十一届学术年会论文集[C];2009年
3 刘旻昊;孙堡垒;郭云彪;周琳娜;张茹;钮心忻;;文本数字水印技术研究综述[A];第七届全国信息隐藏暨多媒体信息安全学术大会论文集[C];2007年
4 何平;周辉;;一种基于遗传算法的图像信息隐藏算法[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007年
5 王丹琛;何大可;;密写系统的安全性研究[A];2006中国西部青年通信学术会议论文集[C];2006年
6 闫佩君;陈亮;;基于小波高频分形维数的语音隐藏方法[A];第一届建立和谐人机环境联合学术会议(HHME2005)论文集[C];2005年
7 刘新平;蒋华;;一种MPEG-4视频半脆弱水印认证方案[A];全国计算机安全学术交流会论文集(第二十三卷)[C];2008年
8 杨万利;杜健;;信息与计算科学专业《密码学》课程改革的探索与实践[A];Proceedings of 2011 National Teaching Seminar on Cryptography and Information Security(NTS-CIS 2011) Vol.1[C];2011年
9 李大力;马燕;;一种基于DCT中频水印嵌入BMP图像的防伪方法[A];中国仪器仪表学会2007学术年会智能检测控制技术及仪表装置发展研讨会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈大庆;光学信息处理技术在鲁棒数字水印中的应用研究[D];苏州大学;2010年
2 夏嵬;抗几何攻击的鲁棒数字图像水印算法研究[D];华中科技大学;2010年
3 石国芳;量子通信中信息传输的研究[D];西北大学;2011年
4 陈海鹏;数字图像真伪鉴别技术研究[D];吉林大学;2011年
5 吴建荣;空间量子密钥分配中的偏振劣化及系统改进设计[D];中国科学技术大学;2011年
6 谢春辉;音频隐藏分析方法研究[D];中国科学技术大学;2011年
7 刘晓义;面向分布式制造的机械工程文件安全传输技术研究[D];东北林业大学;2010年
8 康国栋;基于多路径系统的量子密钥分发与量子信息传输[D];湖南师范大学;2011年
9 宋成;可信计算平台中若干关键技术研究[D];北京邮电大学;2011年
10 张龙;现代密码体制若干问题的研究[D];北京邮电大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 晁玉海;基于二维条码的水印技术研究[D];山东科技大学;2010年
2 周景贤;量子代理签名方案研究[D];郑州大学;2010年
3 刘凡;基于空域相关性特征的LSB匹配隐写分析[D];大连理工大学;2010年
4 苗锡奎;基于混合域及分形理论的抗几何攻击数字水印算法研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
5 欧阳菲菲;基于神经网络后处理的数字水印算法[D];苏州大学;2010年
6 魏雯;基于小波变换和HVS的彩色图像水印算法研究[D];苏州大学;2010年
7 顾霞芳;基于小波多分辨分析的图像水印算法研究[D];苏州大学;2010年
8 柴天天;基于二维条码QR码的安全复印系统设计与实现[D];北京邮电大学;2011年
9 何亮;H布尔函数的相关免疫性研究[D];西北民族大学;2010年
10 韩丙祥;技术视阈下报业全媒体发展研究[D];暨南大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 齐东旭,邹建成,韩效宥;一类新的置乱变换及其在图像信息隐蔽中的应用[J];中国科学E辑:技术科学;2000年05期
2 郑亦庄,戴玲玉,郭光灿;三粒子纠缠W态的隐形传态[J];物理学报;2003年11期
3 查新未;;量子隐形传送态的正交完备基展开与算符变换[J];物理学报;2007年04期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李林;龚小龙;;多个囚禁离子纠缠态的制备[J];江汉大学学报(自然科学版);2007年01期
2 唐成军;方细明;;使用QED技术制备簇态和实现量子信息的传输[J];新乡学院学报(自然科学版);2008年03期
3 闫伟;张为俊;;正则变量的量子隐形传态[J];量子电子学报;2008年01期
4 谢常德,贾晓军,苏晓龙,潘庆,郜江瑞,彭堃墀;连续变量无条件纠缠交换——纠缠态的量子离物传送[J];物理;2005年08期
5 吴韬;何娟;倪致祥;;一个传送量子信息的腔QED方案[J];阜阳师范学院学报(自然科学版);2006年04期
6 周原;吕东燕;;伊辛模型实现量子态存储和调节[J];湖北汽车工业学院学报;2011年01期
7 郭光灿;;量子信息科学——一个令人惊奇的新兴领域[J];中国科学院院刊;2007年01期
8 蔡新华;聂建军;郭杰荣;;单光子纠缠态的纠缠转移和量子隐形传态(英文)[J];光子学报;2006年05期
9 郝宁湘;量子信息论及其哲学思考[J];科技导报;2003年06期
10 赵利平;;李传锋:放眼未来 不懈探索[J];科学中国人;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 郑仕标;;利用多原子与腔场的非共振相互作用实现多原子纠缠态与量子信息[A];第十届全国量子光学学术报告会论文论文集[C];2002年
2 王锋;黄学秀;;简述光子纠缠在量子通信中的应用[A];第十七届全国原子、原子核物理研讨会暨全国近代物理研究会第十届年会论文集[C];2008年
3 朱玉兰;周锐;聂义友;;利用四粒子部分纠缠态实现二粒子未知态的概率受控量子传递[A];第十七届十三省(市)光学学术年会暨“五省一市光学联合年会”论文集[C];2008年
4 陈宗海;董道毅;张陈斌;;基于量子信息的量子控制[A];第25届中国控制会议论文集(下册)[C];2006年
5 任春年;油海东;;开放系统量子信息测量的投影算子理论分析[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集(上册)[C];2008年
6 项国勇;江云坤;李剑;郭光灿;;Ⅱ型晶体的厚度对纠缠双光子对的四阶干涉可见度的影响[A];第十届全国量子光学学术报告会论文论文集[C];2002年
7 郭柳;毕桥;;量子信息网络中高斯信道的研究[A];2009年第五届全国网络科学论坛论文集[C];2009年
8 郝翔;朱士群;;基于耦合自旋链的量子信息处理[A];第十三届全国量子光学学术报告会论文摘要集[C];2008年
9 郭光灿;;量子信息的若干问题[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
10 张明;李明山;胡小平;;量子控制的述评与展望[A];2007系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者 吴长锋;我量子信息实验研究继续国际领先[N];科技日报;2008年
2 记者 沈卫莉 通讯员 孙和晴;冲顶“量子信息”[N];绍兴日报;2011年
3 本报记者  李陈续 通讯员  胡胜友;在量子信息国际前沿领域翱翔[N];光明日报;2007年
4 记者 李陈续;量子信息研究:突破[N];光明日报;2010年
5 记者 王光荣;我科学家在量子信息实验领域取得重大突破[N];光明日报;2004年
6 记者 刘纯友;中科大量子信息研究获新突破[N];安徽日报;2010年
7 胡胜友;翱翔在量子信息国际前沿领域[N];中国教育报;2007年
8 ;日本开展“量子信息通信”研究[N];人民邮电;2000年
9 王炳尧;第二届量子信息研讨会召开[N];科技日报;2004年
10 通讯员 岩镜;30余位专家学者研讨量子信息[N];科技日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 瞿治国;量子信息隐藏协议设计与分析的研究[D];北京邮电大学;2011年
2 尹璋琦;腔量子电动力学和光机械系统中的量子信息过程[D];西安交通大学;2009年
3 陆晓铭;开放系统中的量子信息[D];浙江大学;2011年
4 王栋;量子远程态制备及逻辑门实现[D];安徽大学;2010年
5 许国富;量子信息中的退相干效应[D];山东大学;2012年
6 黄大足;量子安全通信理论及方案研究[D];中南大学;2010年
7 马永红;产生连续变量纠缠的理论研究[D];大连理工大学;2010年
8 陈平形;纠缠的提取和正交量子态的局域区分[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2003年
9 王接词;非惯性系和弯曲时空中的量子信息[D];湖南师范大学;2012年
10 张强;光子纠缠操纵及其应用[D];中国科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 谭佳;纠缠态的制备及其在量子通信中的应用[D];湖南师范大学;2006年
2 徐明东;量子纠缠态的制备与研究[D];安徽大学;2005年
3 肖骁琦;远程制备两粒子纠缠态的理论研究[D];华东师范大学;2007年
4 吴春旺;量子纠缠态转化的理论研究[D];国防科学技术大学;2007年
5 张金利;小分子振动态的动力学纠缠特性的研究[D];华东师范大学;2011年
6 姜炜星;多粒子量子态的概率传态和概率控制传态[D];苏州大学;2007年
7 古卫芳;关于量子信息思想发展史的研究[D];山西大学;2007年
8 胡桂玉;量子信息若干问题的研究[D];安徽大学;2010年
9 叶俊;量子通信中的量子隐形传态技术研究[D];华中科技大学;2007年
10 付洁;量子纠缠态交换控制和量子稠密编码控制研究[D];长春理工大学;2006年
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