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(shí)別等網(wǎng)絡(luò)算法逐漸司空見(jiàn)慣，人們不用借助傳統(tǒng)意義上的面對(duì)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(jià)的優(yōu)勢(shì)無(wú)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(shí)別通信對(duì)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(diǎn)。
　　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(lái)，越來(lái)越多的國(guó)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(duì)各種各樣的安全問(wèn)題。相位恢復(fù)算法，作為該項(xiàng)技術(shù)較具代表性的安全算法，一直被國(guó)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(shí)由雙隨機(jī)相位編碼衍生而來(lái)的迭代相位恢復(fù)算法、相位截?cái)嗟刃滦图用芗夹g(shù)手法也在實(shí)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(duì)一些常用的光學(xué)圖像加密和認(rèn)證技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)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(jì)并實(shí)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(jí)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(gè)認(rèn)證方，其中任意t（t＜n）個(gè)認(rèn)證者能準(zhǔn)確恢復(fù)相位板信息，通過(guò)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(duì)密鑰無(wú)法獲得相位板的有效信息，從而不能通過(guò)認(rèn)證;使用一對(duì)正確的認(rèn)證密鑰能通過(guò)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(jì)，克服了傳統(tǒng)認(rèn)證系統(tǒng)一對(duì)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(chǎng)信息復(fù)用和RSA算法的多幅圖像認(rèn)證方法，通過(guò)迭代相位恢復(fù)算法，依次生成多幅圖像各自對(duì)應(yīng)的輸入平面的復(fù)振幅信息，通過(guò)各自的行、列向量隨機(jī)數(shù)對(duì)原始二值振幅模板進(jìn)行行、列循環(huán)移動(dòng)置亂來(lái)獲得每幅圖像的采樣模板，將多個(gè)復(fù)振幅場(chǎng)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(shí)，通過(guò)計(jì)算、顯示輸出圖像和認(rèn)證圖像的非線性相關(guān)系數(shù)來(lái)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(chǔ)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(jí)認(rèn)證系統(tǒng)，將低級(jí)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(gè)相位板中，提取輸入平面復(fù)振幅信息的實(shí)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(jí)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(jí)認(rèn)證系統(tǒng)的認(rèn)證密鑰;將低級(jí)認(rèn)證圖像作為輸出振幅限制條件，將與之對(duì)應(yīng)的高級(jí)認(rèn)證圖像迭代編碼到輸入和變換平面上的兩個(gè)相位板中，并對(duì)變換平面上的相位板信息進(jìn)行疊加復(fù)用，并設(shè)計(jì)解復(fù)用密鑰作為高級(jí)認(rèn)證部分的認(rèn)證密鑰。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多幅圖像的分級(jí)認(rèn)證過(guò)程，提高了系統(tǒng)的認(rèn)證容量，在認(rèn)證過(guò)程中，只有通過(guò)低級(jí)認(rèn)證的用戶才有權(quán)限進(jìn)行高級(jí)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?cái)?、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(gè)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(gè)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?cái)嗨惴ㄔ谳敵銎矫娴玫秸穹兔芪膱D像，共享相位板和兩個(gè)截?cái)嘞辔蛔鳛榻饷苊荑€，經(jīng)安全通道分發(fā)給用戶。我們對(duì)該加密系統(tǒng)的安全性進(jìn)行了魯棒性測(cè)試，相較傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)，