基于相位恢復(fù)的光學(xué)圖像加密和認(rèn)證技術(shù)的研究.pdf

1、隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，電子交易、信息傳遞、身份識別等網(wǎng)絡(luò)算法逐漸司空見慣，人們不用借助傳統(tǒng)意義上的面對面式溝通就能進(jìn)行交易和通信，數(shù)字化傳輸手段快捷廉價的優(yōu)勢無疑為我們的日常生活和工作提供了很大便利，然而網(wǎng)絡(luò)信息的全透明性和易操作性也使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)各種各樣的安全隱患不容小覷。如何正確識別通信對方的身份，并保證雙方通信渠道的安全，防止不法分子竊取甚至篡改、偽造信息，已經(jīng)逐漸成為信息安全領(lǐng)域研究的焦點。
　　自1995年雙隨

2、機(jī)相位編碼技術(shù)(Double Random Phase Encoding，DRPE)被提出以來，越來越多的國內(nèi)外研究人員將注意力投向光學(xué)信息安全這一全新領(lǐng)域，諸多光學(xué)信息處理技術(shù)被研究和發(fā)展以應(yīng)對各種各樣的安全問題。相位恢復(fù)算法，作為該項技術(shù)較具代表性的安全算法，一直被國內(nèi)外的數(shù)字信息安全專家所認(rèn)可，隨著理論技術(shù)的不斷革新，雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)成功與其他經(jīng)典的光學(xué)信息處理技術(shù)相結(jié)合，將光學(xué)圖像加密、認(rèn)證算法由傅里葉變換域擴(kuò)展到菲涅耳變換域

3、、小波變換域、Gyrator變換域等其他變換域，同時由雙隨機(jī)相位編碼衍生而來的迭代相位恢復(fù)算法、相位截斷等新型加密技術(shù)手法也在實際當(dāng)中得到廣泛推廣和應(yīng)用。
　　本論文系統(tǒng)地介紹了光學(xué)信息安全領(lǐng)域一些基本概念，并對一些常用的光學(xué)圖像加密和認(rèn)證技術(shù)進(jìn)行了簡單介紹，本論文在相位恢復(fù)算法的基礎(chǔ)上結(jié)合光學(xué)信息處理相關(guān)領(lǐng)域的其他技術(shù)手段，設(shè)計并實現(xiàn)了一些新的安全系數(shù)較高的加密和認(rèn)證系統(tǒng)，論文的主要工作包括:
　　(1)結(jié)合（t,n）門限

4、秘密共享和菲涅耳域迭代相位恢復(fù)算法，提出了一種多幅圖像的分級認(rèn)證系統(tǒng)，基于菲涅耳域迭代相位恢復(fù)算法將待認(rèn)證圖像編碼到輸入和變換平面的兩塊相位板中，將輸入平面上的相位板基于（t，n）門限算法分成n份并分別發(fā)送給n個認(rèn)證方，其中任意t（t＜n）個認(rèn)證者能準(zhǔn)確恢復(fù)相位板信息，通過系統(tǒng)的強(qiáng)認(rèn)證并獲得較高的認(rèn)證權(quán)限，而少于t對密鑰無法獲得相位板的有效信息，從而不能通過認(rèn)證;使用一對正確的認(rèn)證密鑰能通過系統(tǒng)的弱認(rèn)證并獲得較低的認(rèn)證權(quán)限，該認(rèn)證系統(tǒng)的

5、設(shè)計，克服了傳統(tǒng)認(rèn)證系統(tǒng)一對一的認(rèn)證模式，弱認(rèn)證環(huán)節(jié)的加入以及多人參與的認(rèn)證模式在一定程度上提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)。
　　(2)提出了一種基于復(fù)振幅場信息復(fù)用和RSA算法的多幅圖像認(rèn)證方法，通過迭代相位恢復(fù)算法，依次生成多幅圖像各自對應(yīng)的輸入平面的復(fù)振幅信息，通過各自的行、列向量隨機(jī)數(shù)對原始二值振幅模板進(jìn)行行、列循環(huán)移動置亂來獲得每幅圖像的采樣模板，將多個復(fù)振幅場信息采樣、疊加,行、列向量隨機(jī)數(shù)被RSA公鑰編碼成密文，認(rèn)證方使用自己

6、的私鑰將密文解碼，使用解碼出的行、列向量隨機(jī)數(shù)獲得各自的采樣模板，當(dāng)認(rèn)證信息被放置在各自正確的位置時，通過計算、顯示輸出圖像和認(rèn)證圖像的非線性相關(guān)系數(shù)來判斷認(rèn)證是否成功。該多幅圖像認(rèn)證方法減少了采樣模板的數(shù)據(jù)存儲量、提高了認(rèn)證系統(tǒng)的傳輸效率及安全性。
　　(3)提出了一種多幅圖像分級認(rèn)證系統(tǒng)，將低級認(rèn)證圖像作為變換平面振幅限制條件，基于相位恢復(fù)算法編碼到輸入和變換平面上的兩個相位板中，提取輸入平面復(fù)振幅信息的實數(shù)部分，經(jīng)相應(yīng)的正負(fù)

7、調(diào)制模板調(diào)制、疊加后作為低級認(rèn)證圖像上傳至系統(tǒng)，調(diào)制模板經(jīng)采樣后作為低級認(rèn)證系統(tǒng)的認(rèn)證密鑰;將低級認(rèn)證圖像作為輸出振幅限制條件，將與之對應(yīng)的高級認(rèn)證圖像迭代編碼到輸入和變換平面上的兩個相位板中，并對變換平面上的相位板信息進(jìn)行疊加復(fù)用，并設(shè)計解復(fù)用密鑰作為高級認(rèn)證部分的認(rèn)證密鑰。該系統(tǒng)實現(xiàn)了多幅圖像的分級認(rèn)證過程，提高了系統(tǒng)的認(rèn)證容量，在認(rèn)證過程中，只有通過低級認(rèn)證的用戶才有權(quán)限進(jìn)行高級部分的認(rèn)證，這在一定程度上提高了系統(tǒng)的安全系數(shù)。

8、r>　　(4)提出了一種基于菲涅耳域相位截斷、矢量分解及圖像異或算法的三幅圖像加密系統(tǒng)，將三幅待加密圖像中的任意兩幅分別基于矢量分解編碼到兩個相位板，其中一塊相位板為兩幅圖像所共享，第三幅圖像與共享相位板異或后置于輸入平面，兩個非共享相位板分別置于輸入和變換平面上，經(jīng)菲涅耳域相位截斷算法在輸出平面得到振幅型密文圖像，共享相位板和兩個截斷相位作為解密密鑰，經(jīng)安全通道分發(fā)給用戶。我們對該加密系統(tǒng)的安全性進(jìn)行了魯棒性測試，相較傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)，