量子图形加密算法的MATLAB代码实现

一、概述

　　 目前主流的量子图形加密算法有量子像素编码算法（Quantum Image Pixel Encoding，QIPE）、量子像素置乱算法（Quantum Image Pixel Scrambling，QIPS）等。

　

　　一个简单的量子图像加密算法可以包含以下步骤：

将图像转换为量子态：将图像中的像素值转换为量子比特，并将它们组合成一个量子态。 生成密钥：生成加密和解密所需的密钥。 编码：使用密钥对量子态进行编码。 量子操作：对编码后的量子态进行一系列的量子操作，如量子门操作。 解码：使用密钥对编码后的量子态进行解码，得到原始图像的量子态。 量子测量：对解码后的量子态进行测量，得到原始图像的像素值。

二、一个简单的量子图像加密算法的MATLAB代码示例

 %  加载图像
img  = imread( '  lena.png  '  );

 %  将图像转换为量子态
psi_in  =  convert_to_quantum_state(img);

 %  生成密钥
key  =  generate_key();

 %  编码
psi_encoded  =  encode(psi_in, key);

 %  量子操作
psi_processed  =  apply_quantum_operations(psi_encoded);

 %  解码
psi_decoded  =  decode(psi_processed, key);

 %  量子测量
img_out  =  measure_quantum_state(psi_decoded);

 %  显示加密后的图像
imshow(img_out);  

 　　 在上面的代码中， convert_to_quantum_state 函数将图像转换为量子态， generate_key 函数生成密钥， encode 函数对量子态进行编码， apply_quantum_operations 函数对编码后的量子态进行量子操作， decode 函数对量子态进行解码， measure_quantum_state 函数对解码后的量子态进行测量，最后用 imshow 函数显示加密后的图像。

 

三、QIPE算法　　

 %  读取输入的明文图像
plaintext  = imread( '  lena.png  '  );
[row, col]  =  size(plaintext);

 %  将明文图像转化为量子态
quantum_state  = reshape( double (plaintext)/ 255 , [ 1 , row* col]);
quantum_state  =  transpose(quantum_state);
psi  =  qubit(quantum_state);

 %  构造加密密钥，使用随机数生成器生成一个32位的密钥
key  = round(rand( 1 ,  32  ));

 %  对量子像素进行编码
psi  =  QIPE(psi, key);

 %  对量子像素进行解码
psi  = QIPE(psi, key,  '  decode  '  );

 %  将量子态转化为明文图像
output  =  reshape(transpose(psi.Data), [row, col]);
output  = uint8(output *  255  );
imwrite(output,   '  lena_encoded.png  ' ); 

 

四、QIPS

 %  读取输入的明文图像
plaintext  = imread( '  lena.png  '  );
[row, col]  =  size(plaintext);

 %  将明文图像转化为量子态
quantum_state  = reshape( double (plaintext)/ 255 , [ 1 , row* col]);
quantum_state  =  transpose(quantum_state);
psi  =  qubit(quantum_state);

 %  构造加密密钥，使用随机数生成器生成一个32位的密钥
key  = round(rand( 1 ,  32  ));

 %  对量子像素进行置乱
psi  =  QIPS(psi, key);

 %  对量子像素进行解密
psi  = QIPS(psi, key,  '  decode  '  );

 %  将量子态转化为明文图像
output  =  reshape(transpose(psi.Data), [row, col]);
output  = uint8(output *  255  );
imwrite(output,   '  lena_scrambled.png  ' ); 

 

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