Algoritmo de criptografia de imagem quântica baseado em caos quatro-dimensional

Contexto: O processamento de imagem quântica está se desenvolvendo rapidamente no campo da computação quântica, e pode ser implementado com sucesso no dispositivo Noisy Intermediate-Scale Quantum (NISQ). A criptografia de imagem quântica ocupa uma posição central nesse domínio. No entanto, o processo de criptografia frequentemente encontra vulnerabilidades de segurança e implica complexidades computacionais, consumindo, assim, recursos quânticos substanciais. Para abordar isso, o presente estudo propõe um algoritmo de criptografia de imagem quântica baseado em caos quatro-dimensional. Métodos: A imagem clássica é primeiramente codificada em informação quântica usando o método Generalized Quantum Image Representation (GQIR). Subsequentemente, a trajetória do sistema caótico quatro-dimensional é randomizada, e chaves caóticas multidimensionais são geradas para criptografar inicialmente os valores dos pixels da imagem. Em seguida, a transformação de Arnold é aplicada para criptografar aleatoriamente as posições dos pixels, resultando na imagem criptografada. Durante o processo de descriptografia, o processo inverso de criptografia é empregado para restaurar a imagem original. Resultados: Simulamos esse processo no ambiente Python, e o experimento de análise de entropia da informação mostrou que a entropia da informação das três imagens criptografadas alcançou acima de 7.999, portanto, o sistema tem boa criptografia. Ao mesmo tempo, a correlação da distribuição dos pixels após o algoritmo de criptografia é fraca, o que prova que os parâmetros de controle do sistema caótico podem reduzir efetivamente a correlação entre pixels na imagem. Na análise final do espaço de chaves, o espaço de chaves emitido pela nossa criptografia pode alcançar 10 140 2 128. Conclusão: Nosso método é resistente a ataques destrutivos e pode produzir imagens embaralhadas com maior criptografia e usabilidade. Este algoritmo resolve os problemas de algoritmos de criptografia gerais, como periodicidade, pequeno espaço de chaves e vulnerabilidade à análise estatística, e propõe um esquema de criptografia confiável e eficaz. Aproveitando ao máximo as características da permutação da transformação de Arnold, ergodicidade e a aleatoriedade do sistema caótico quatro-dimensional, o algoritmo de criptografia utiliza o maior espaço de chaves fornecido pelo sistema de Lorenz quatro-dimensional.