Imagen en escala de grises simétrica cifrada basada en operadores cuánticos con matrices dinámicas
Autores: Olvera-Martinez, Luis; Cedillo-Hernandez, Manuel; Diaz-Rodriguez, Carlos Adolfo; Faustinos-Morales, Leonardo; Cedillo-Hernandez, Antonio; Garcia-Ugalde, Francisco Javier
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Imagen en escala de grises simétrica cifrada basada en operadores cuánticos con matrices dinámicas
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Cifrado de imagen
Confidencialidad
Integridad
Operadores cuánticos
Cifrado cuántico
Eficiencia computacional
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 38
Citaciones: Sin citaciones
La encriptación de imágenes es crucial para garantizar la confidencialidad e integridad de las imágenes digitales, evitando el acceso no autorizado y las alteraciones. Sin embargo, los algoritmos de encriptación existentes a menudo implican operaciones matemáticas complejas o requieren hardware especializado, lo que limita su eficiencia y practicidad. Para abordar estos desafíos, proponemos un nuevo esquema de encriptación de imágenes basado en la emulación de operadores cuánticos fundamentales de un grupo cuántico multi-trenzado en el sentido de Durdevich. Estos operadores -coproducto, producto y trenzado- se derivan de la geometría diferencial cuántica y permiten la generación dinámica de valores de encriptación, evitando la necesidad de procesos computacionalmente intensivos. A diferencia de los métodos de encriptación cuántica que dependen de hardware cuántico físico, nuestro enfoque simula el comportamiento cuántico a través de la computación clásica, mejorando la accesibilidad y eficiencia. El método propuesto se aplica a imágenes en escala de grises con una profundidad de 8, 10 y 12 bits por píxel. Para validar su efectividad, realizamos experimentos extensos, que incluyen métricas de calidad visual (PSNR, SSIM), evaluación de aleatoriedad utilizando NIST 800-22, análisis de entropía y correlación, pruebas de sensibilidad de clave y mediciones de tiempo de ejecución. Además, pruebas comparativas contra la encriptación AES demuestran las ventajas de nuestro enfoque en términos de rendimiento y seguridad. Los resultados muestran que el método propuesto proporciona un alto nivel de seguridad manteniendo la eficiencia computacional.
Descripción
La encriptación de imágenes es crucial para garantizar la confidencialidad e integridad de las imágenes digitales, evitando el acceso no autorizado y las alteraciones. Sin embargo, los algoritmos de encriptación existentes a menudo implican operaciones matemáticas complejas o requieren hardware especializado, lo que limita su eficiencia y practicidad. Para abordar estos desafíos, proponemos un nuevo esquema de encriptación de imágenes basado en la emulación de operadores cuánticos fundamentales de un grupo cuántico multi-trenzado en el sentido de Durdevich. Estos operadores -coproducto, producto y trenzado- se derivan de la geometría diferencial cuántica y permiten la generación dinámica de valores de encriptación, evitando la necesidad de procesos computacionalmente intensivos. A diferencia de los métodos de encriptación cuántica que dependen de hardware cuántico físico, nuestro enfoque simula el comportamiento cuántico a través de la computación clásica, mejorando la accesibilidad y eficiencia. El método propuesto se aplica a imágenes en escala de grises con una profundidad de 8, 10 y 12 bits por píxel. Para validar su efectividad, realizamos experimentos extensos, que incluyen métricas de calidad visual (PSNR, SSIM), evaluación de aleatoriedad utilizando NIST 800-22, análisis de entropía y correlación, pruebas de sensibilidad de clave y mediciones de tiempo de ejecución. Además, pruebas comparativas contra la encriptación AES demuestran las ventajas de nuestro enfoque en términos de rendimiento y seguridad. Los resultados muestran que el método propuesto proporciona un alto nivel de seguridad manteniendo la eficiencia computacional.