基于雙隨機(jī)相位編碼的光學(xué)圖像加密方法研究.pdf

1、21世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字通訊技術(shù)的普及和快速發(fā)展給人們的工作和生活提供了極大的便利。但與此同時(shí)，如何確保網(wǎng)絡(luò)信息的安全也成為了一個(gè)不能被忽視的課題。數(shù)字圖像作為互聯(lián)網(wǎng)中最常見的一種信息表達(dá)方式，其安全問題也得到了人們的廣泛關(guān)注，而圖像加密技術(shù)是保障圖像安全性能的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。光學(xué)圖像加密技術(shù)，跟過去的計(jì)算機(jī)圖像加密技術(shù)相比，具有容量大、加密速度快、可多路并行傳輸、多密匙維度等與生俱來的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢都使得應(yīng)用光學(xué)的方法進(jìn)行圖像加密更加

2、快捷高效。
　　雖然當(dāng)今國內(nèi)外關(guān)于光學(xué)信息安全領(lǐng)域的研究已獲得了顯著的進(jìn)展，但依然還處于探索和實(shí)驗(yàn)階段，仍然需要進(jìn)行更加系統(tǒng)而深入的研究。本論文通過理論分析結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真模擬，對基于雙隨機(jī)相位編碼（DRPE）的光學(xué)圖像加密算法進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，對幾種典型的光學(xué)圖像加密系統(tǒng)進(jìn)行了深入的分析，并對能同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)安全性和魯棒性的加密方案進(jìn)行了探討。
　　本文的主要內(nèi)容包括下面的4個(gè)方面：
　　1、概述了傳統(tǒng)密碼學(xué)的相關(guān)概念和

3、重要理論，介紹了與光學(xué)圖像加密相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識，以便大家從整體上掌握光學(xué)圖像加密的基本內(nèi)容，為后面研究光學(xué)圖像加密系統(tǒng)奠定好理論基礎(chǔ)。
　　2、深入分析了四種典型的光學(xué)加密系統(tǒng)：基于傅立葉變換的DRPE系統(tǒng)、基于菲涅爾衍射的DRPE系統(tǒng)、基于干涉原理的光學(xué)加密系統(tǒng)及基于相位截?cái)喔盗⑷~變換（PTFT）的非對稱光學(xué)加密系統(tǒng)。詳細(xì)剖析了每種系統(tǒng)的加密和解密算法，并通過MATLAB仿真軟件各有側(cè)重地對每種系統(tǒng)的可行性和安全性進(jìn)行了仿真模

4、擬。同時(shí)對仿真結(jié)果展開了詳盡的分析，并針對系統(tǒng)存在的不足給出了相應(yīng)的改進(jìn)分析。
　　3、針對基于PTFT的非對稱光學(xué)加密系統(tǒng)容易遭受基于迭代的振幅相位恢復(fù)（APR）算法的特殊攻擊這一問題，設(shè)計(jì)了一種基于相位截?cái)喾颇鶢栄苌洌≒TFD）的非線性圖像加密系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用一個(gè)隨機(jī)振幅板（RAM）和兩個(gè)公匙產(chǎn)生兩個(gè)私匙用于系統(tǒng)的加密。系統(tǒng)的非線性使其可以抵御選擇密文攻擊（CCA）、選擇明文攻擊（CPA）及已知明文攻擊（KPA），同時(shí)由于缺乏

5、限制條件，攻擊者想要用迭代的APR算法來破譯該系統(tǒng)是行不通的。對系統(tǒng)的加密和解密算法進(jìn)行了理論分析，并通過計(jì)算機(jī)仿真對該算法的可行性和安全性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　4、將糾錯(cuò)能力較強(qiáng)的快速響應(yīng)（QR）碼引入到了所設(shè)計(jì)的加密系統(tǒng)中，使系統(tǒng)的魯棒性得以增強(qiáng)。待加密圖像首先被轉(zhuǎn)換成QR碼，然后經(jīng)過基于PTFD的加密系統(tǒng)進(jìn)行加密。解密時(shí)得到含噪聲的QR碼，用智能手機(jī)或者平板電腦里面的掃碼軟件掃描該QR碼即可得到無噪聲的原始圖像。仿真結(jié)果也表明即