نهان‌کاوی سیگنال صوت کوانتومی با استفاده از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان کوانتومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول ، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی کامپیوتر، واحد دزفول، دانشگاه آزاد اسلامی، دزفول، ایران

چکیده

با ظهور نظریه محاسبات کوانتومی و شبکه­های ارتباطی کوانتومی، برقراری ارتباط محرمانه و ایمن چالش‌برانگیز شده است. نهان­کاوی سیگنال صوت کوانتومی یکی از زیرشاخه­های موردتوجه در حوزه پردازش سیگنال کوانتومی و محاسبات کوانتومی است که سعی دارد با استفاده از تکنیک­های استخراج ویژگی و الگوریتم­های یادگیری ماشین کوانتومی، ارتباطات مخفی در بستر شبکه­های ارتباطی کوانتومی را شناسایی کند. باتوجه‌به اینکه پنهان­نگاری باعث تغییرات اجتناب‌ناپذیری در ویژگی آماری حوزه فرکانس سیگنال میزبان می­شود، می­توان از آن به‌عنوان یک ابزار کارآمد و مؤثر برای ساختن نهان کاو جامع و دقیق استفاده کرد؛ بنابراین، روش پیشنهادی در ابتدا، از تبدیل فوریه کوانتومی روی سیگنال صوت QRDS برای استخراج ویژگی‌های آماری استفاده می‌­کند. برای این منظور، شبکه‌مدار کوانتومی پیشنهادی این ویژگی‌ها شامل مرکز طیفی کوانتومی و پهنای باند طیفی کوانتومی طراحی و پیاده‌سازی شده است. در نهایت، الگوریتم ماشین بردار پشتیبان کوانتومی (QSVM)، با استفاده ویژگی­های استخراج شده مجموعه داده‌های پاک و گنجانه با دقت بیشتر از 95% از هم تفکیک می­شوند.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] I. Cox, M. Miller, J. Bloom, J. Fridrich, and T. Kalker, "Digital Watermarking and Steganography Morgan Kaufmann Publishers," Amsterdam/Boston, 2008.
[2] S. E. Venegas-Andraca and S. Bose, "Storing, processing, and retrieving an image using quantum mechanics," in Quantum Information and Computation, 2003, vol. 5105: International Society for Optics and Photonics,pp.137-147. https://doi.org/10.1117/12.485960.
[3] J. Latorre, "Image compression and entanglement," CoRR, vol.abs/quant-ph/0510031,10/04.2005. https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/0510031.
[4] P. Q. Le, F. Dong, and K. Hirota, "A flexible representation of quantum images for polynomial preparation, image compression, and processing operations," Quantum Information Processing, vol. 10,no.1,pp.6384,2011.
https://doi.org/10.1007/s11128-010-0177-y.
[5] Y. Zhang, K. Lu, Y. Gao, and M. Wang, "NEQR: a novel enhanced quantum representation of digital images," Quantum Information Processing, vol. 12, no.8,pp.2833-2860,2013 .https://doi.org/10.1007/s11128-013-0567-z.
 
 
 
[6] J. Wang, "QRDA: quantum representation of digital audio," International Journal of Theoretical Physics, vol.55,no.3,pp.1622-164.2016. https://doi.org/10.1007/s10773-015-2800-2.
[7] F. Yan, A. M. Iliyasu, Y. Guo, and H. Yang, "Flexible representation and manipulation of audio signals on quantum computers," Theoretical Computer Science, vol.752,pp.7185,2018.https://doi.org/10.1016/j.tcs.2017.12.025.
[8] P. Li, B. Wang, H. Xiao, and X. Liu, "Quantum Representation and Basic Operations of Digital Signals," International Journal of Theoretical Physics, vol. 57, no. 10, pp. 3242-3270, 2018. https://doi.org/10.1007/s10773-018-3841-0.
[9] E. Şahin and İ. Yilmaz, "QRMA: quantum representation of multichannel audio," Quantum Information Processing, vol. 18 no. 7, p. 209, 2019. https://doi.org/10.1007/s11128-019-2317-3.
[10] J. Chaharlang, M. Mosleh, and S. R. Heikalabad, "Proposing a New and Comprehensive Method for Quantum Representation of Digital Audio Signals," electronics and cyber defense, vol. 8, no. 4, pp. 139-152, 2021.( In Persian)
[11] K. Chen, F. Yan, A. M. Iliyasu, and J. Zhao, "Exploring the implementation of steganography protocols on quantum audio signals," International Journal of Theoretical Physics, vol. 57, no. 2, pp. 476-494, 2018. https://doi.org/10.1007/s10773-017-3580-7.
[12] J. Chaharlang, M. Mosleh, and S. R. Heikalabad, "A Novel Quantum Audio Steganography–Steganalysis Approach Using LSFQ-Based Embedding and QKNN-Based Classifier," Circuits, Systems, and Signal Processing,pp.1-33,2020.
https://doi.org/10.1007/s00034-020-01345-6.
[13] R. Bohme and R. Bèohme, Advanced statistical steganalysis. Springer Berlin, 2010. http://dx.doi.org/10.1007/978-3-642-14313-7.
[14] J. Chaharlang, M. Mosleh, and S. Rasouli-Heikalabad, "A novel quantum steganography-Steganalysis system for audio signals," Multimedia Tools and Applications, pp. 1-27, 2020. https://doi.org/10.1007/s11042-020-08694-z.
[15] M. Schuld, I. Sinayskiy, and F. Petruccione, "Quantum computing for pattern classification," in Pacific Rim International Conference on Artificial Intelligence,2014:Springer,pp.208220.https://doi.org/10.48550/arXiv.1412.3646.
[16] S. Norouzi Larki, M. Mosleh, and M. Kheyrandish, "Quantum Audio Steganalysis Based on Quantum Fourier Transform and Deutsch–Jozsa Algorithm," Circuits, Systems, and Signal Processing, pp. 1-24, 2022.
https://doi.org/10.1007/s00034-022-02208-y.
[17] P. Rebentrost, M. Mohseni, and S. Lloyd, "Quantum support vector machine for big data classification," Physical review letters, vol. 113, no. 13, p. 130503, 2014.
ttps://doi.org/10.1103/PhysRevLett.113.130503.
[18] V. Vedral, A. Barenco, and A. Ekert, "Quantum networks for elementary arithmetic operations," Physical Review A, vol. 54, no. 1, p. 147, 1996.
https://doi.org/10.48550/arXiv.quant-ph/9511018.
[19] Y. Takahashi and N. Kunihiro, "A linear-size quantum circuit for addition with no ancillary qubits," Quantum Information & Computation, vol. 5, no. 6, pp. 440-448, 2005.
[20] S. Tang, "The principle of computer composition," Higher Education Process, Beijing, pp. 258-269, 2008.
[21] M. A. Nielsen and I. L. Chuang, "Quantum computation and quantum information," American journal of physics, vol. 26, no. 4, pp. 37, 219, 2010.
http://dx.doi.org/10.1080/17445760500355678.
[22] A. Galindo and M. A. Martin-Delgado, "Information and computation: Classical and quantum aspects," Reviews of Modern Physics, vol. 74, no. 2, p. 347, 2002.
https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.347.
[23] C.-Y. Pang, R.-G. Zhou, B.-Q. Hu, W. Hu, and A. El-Rafei, "Signal and image compression using quantum discrete cosine transform," Information Sciences, vol. 473, pp. 121-141, 2019 . https://doi.org/10.1016/j.ins.2018.08.067.
[24] J. Suykens, "K, and Vandewalle, J,(1999)," Least squares support vector machine classifiers. In: Neural Processing Letters,vol.9,pp.293-300. https://doi.org/10.1023/A:1018628609742.
[25] D. Anguita, S. Ridella, F. Rivieccio, and R. Zunino, "Hyperparameter design criteria for support vector classifiers," Neurocomputing, vol. 55, no. 1-2, pp. 109-134, 2003. https://doi.org/10.1016/S0925-2312(03)00430-2.
[26] A. W. Harrow, A. Hassidim, and S. Lloyd, "Quantum algorithm for linear systems of equations," Physical review letters, vol. 103, no. 15, p. 150502, 2009.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.103.150502.
[27] S. Lloyd, M. Mohseni, and P. Rebentrost, "Quantum principal component analysis," Nature Physics, vol. 10, no. 9, pp. 631-633, 2014. https://doi.org/10.1038/nphys3029.
[28] R. C. Gonzales and R. E. Woods, "Digital image processing," ed: Prentice hall New Jersey, 2002.
[29] Q. Liu, A. H. Sung, and M. Qiao, "Temporal derivative-based spectrum and mel-cepstrum audio steganalysis," IEEE Transactions on Information Forensics and Security, vol.4,no.3,pp.359-368,2009. https://doi.org/10.1109/TIFS.2009.2024718.
[30] Y. Wei, L. Guo, Y. Wang, and C. Wang, "A blind audio steganalysis based on feature fusion," Journal of Electronics (China),vol.28,no.3,pp.265-276,2011. https://doi.org/10.1007/s11767-011-0567-z.
[31] P. Rao, "Audio signal processing," in Speech, audio, image and biomedical signal processing using neural networks: Springer, 2008, pp. 169-189. https://doi.org/10.1007/978-3-540-75398-8_8.
[32] F. Yan, K. Chen, A. M. Iliyasu, and K. Hirota, "Circuit-based modular implementation of quantum ghost imaging," IEEE Access,vol.8,pp.23054-23068,2020. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2970016.
 
 
 
 
دوره 11، شماره 3 - شماره پیاپی 43
شماره پیاپی 43، فصلنامه پاییز
آبان 1402
صفحه 1-14
  • تاریخ دریافت: 03 بهمن 1401
  • تاریخ بازنگری: 16 تیر 1402
  • تاریخ پذیرش: 04 مرداد 1402
  • تاریخ انتشار: 06 مهر 1402