شماره ركورد
34935
پديد آورنده
فاطمه دهقان نصيري
عنوان
بهبود امنيت تصاوير پزشكي با استفاده از رمزنگاري كوانتومي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق / مخابرات امن و رمزنگاري
سال تحصيل
1401-1404
تاريخ دفاع
1404/10/15
استاد راهنما
دكتر محمد سليماني
استاد مشاور
دكتر محمد جواد جنتي
دانشكده
مهندسي برق
چكيده
در عصر تحول ديجيتال و با گسترش روزافزون سامانههاي تصويربرداري پزشكي، حفظ امنيت و محرمانگي دادههاي بيماران، به يكي از چالشهاي اساسي در حوزه سلامت ديجيتال تبديل شده است. پژوهش حاضر، با هدف ارتقاي سطح امنيت تصاوير پزشكي، رويكردي نوين بر پايه رمزنگاري كوانتومي و سيستمهاي آشوبي ارائه ميدهد. در اين روش، توزيع كليد رمز بر اساس پروتكل بيبي84 انجام شده و از خروجي آن براي توليد مقادير اوليه يك نگاشت آشوبي لجستيك به منظور توليد دنبالههاي شبهتصادفي استفاده ميشود. اين دنبالهها به عنوان كليد رمزنگاري تصويري بهكار رفته و فرآيند رمزنگاري از طريق عمليات ايكساُر بر روي پيكسلهاي تصوير اجرا ميشود. پيادهسازي الگوريتم پيشنهادي بر روي تصاوير پزشكي واقعي (از جمله تصاوير سيتي ريه مربوط به كوويد 19) نشان داده كه طرح ارائه شده توانسته است سطح بالايي از امنيت و مقاومت در برابر حملات رايج را ايجاد كند. شاخصهاي كمي مانند آنتروپي 987/7، نرخ تغيير تعداد پيكسلها (اِنپيسيآر) برابر با 44/99%، ميانگين شدت تغيير يكنواخت (يواِيسيآي) حدود 37/34%، و ضريب همبستگي نزديك به صفر بين پيكسلها، همگي بيانگر توزيع آماري يكنواخت و مقاومت در برابر تحليلهاي تفاضلي و آماري هستند. افزون بر اين، مقادير خطاي ميانگين مربعات (اِماِساي) نزديك به صفر و نسبت سيگنال به نويز (پياِساِنآر) بينهايت در مرحله رمزگشايي، نشاندهنده بازسازي كامل و بدون افت تصوير اصلي در شرايط بدون نويز است علاوه بر اين، پژوهش حاضر با ادغام دو حوزه مكمل يعني رمزنگاري كوانتومي در لايه فيزيكي و آشوب در لايه الگوريتمي، توانسته است چارچوبي دومرحلهاي و ايمن براي حفاظت از دادههاي حساس تصويري ارائه كند. هرچند در اين مطالعه پيادهسازي فيزيكي كانال كوانتومي در قالب شبيهسازي بررسي شده است، نتايج تجربي و تحليلي به روشني نشان ميدهد كه تركيب اين دو فناوري ميتواند بستري مطمئن و غيرقابل نفوذ براي انتقال و ذخيرهسازي تصاوير پزشكي فراهم آورد. در نهايت، پيشنهاد ميشود در ادامه اين مسير، تحليلهاي امنيت رسمي، آزمونهاي كاملا استاندارد نيست، و پيادهسازي عملي در محيطهاي واقعي پزشكي مورد بررسي قرار گيرد تا قابليت اطمينان و كارايي روش پيشنهادي در اين پايان¬نامه به صورت جامع¬تري ارزيابي شود.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/19
عنوان به انگليسي
Improving the security of medical images using quantum cryptography
تاريخ بهره برداري
1/5/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فاطمه دهقان نصيري
چكيده به لاتين
In the era of digital transformation and the rapid expansion of medical imaging systems, ensuring the security and confidentiality of patient data has become one of the most critical challenges in electronic healthcare. This research aims to enhance the security level of medical images by proposing a novel hybrid cryptographic framework based on Quantum Key Distribution (QKD) and chaotic systems. In the proposed method, the encryption key is generated through the BB84 quantum protocol, and its output is used to initialize a logistic chaotic map that produces a pseudo-random keystream. This keystream is then employed for image encryption using pixel-wise XOR operations. The experimental implementation on real medical images (including CT and MRI scans) demonstrated that the proposed scheme provides a high degree of security and robustness against common cryptographic attacks. Quantitative metrics such as entropy (7.999), NPCR (99.62%), UACI (41.35%), and pixel correlation coefficients close to zero indicate a highly uniform statistical distribution and strong resistance to differential and statistical analyses. Furthermore, a mean square error (MSE) near zero and infinite peak signal-to-noise ratio (PSNR→∞) during decryption confirm that the original image can be perfectly reconstructed under noise-free conditions. By integrating quantum cryptography at the physical layer with chaotic encryption at the algorithmic layer, this study introduces a two-stage, high-security framework for protecting sensitive medical image data. Although the quantum channel was simulated rather than physically implemented, the analytical and experimental results clearly demonstrate that combining these two technologies can establish a highly secure and theoretically unbreakable environment for the transmission and storage of medical images. Future work should include formal security analysis, comprehensive NIST randomness testing, and practical implementation within real medical systems to fully validate the reliability and efficiency of the proposed approach.
كليدواژه هاي فارسي
امنيت تصاوير پزشكي , رمزنگاري كوانتومي , توزيع كليد كوانتومي , پروتكل بيبي84 , نگاشت آشوب لجستيك
كليدواژه هاي لاتين
Quantum cryptography , QKD (quantum key distribution) , BB84 protocol , Logistic chaos mapping , Medical images Security
Author
Fatemeh DehghanNasiri
SuperVisor
Dr. Mohammad Soleimani