基于相位恢复算法的单强度记录光学加密系统

在传统的双随机相位光学加密系统的基础上,提出一种新的单强度记录光学加密技术。在加密时,将原始图像置于4-f系统的输入平面上进行双随机相位光学加密,利用CCD等感光器件记录输出平面上的光强分布作为密文,该光学加密过程只需一次曝光,在解密时,利用相位恢复算法进行迭代计算就可以由密文恢复原始图像。由于解密过程采用数字方式,因此可以在解密过程中引入各种数字图像处理技术来抑制散斑噪声,进一步改善解密图像质量。通过一系列仿真实验,证明该光学加密系统可以实现对二值图像和灰度图像的光学加密,并且能够很好地抵御已知明文攻击、选择明文攻击等方法的攻击。理论分析和计算机仿真表明,该光学加密技术系统结构简单,实现方便,并且不易受到各种攻击,安全性较高。     

级联双相位密码系统中基于位置复用的双图像加密

级联双相位密码（CDPE）系统是一种包含两个纯相位板（密文板和密钥板）的重要光学密码系统,为了提升该系统的加密效率,提出一种双图像加密方法。加密时,将密钥板的轴向距离作为控制参数,提出一种新的迭代加密算法,该算法可将两幅明文图像加密至同一个密文板中,将传统的CDPE系统的加密效率提升了1倍。解密时,当密钥板分别处于两个设定的轴向位置时,可以在输出平面得到两幅不同的明文图像。采用数值仿真和实验验证了所提方法的有效性,并研究了密钥板两个位置之间的距离对解密结果的影响。对所提方法安全性的分析表明,所提方法对于暴力破解和选择明文攻击均具有稳健性。此外,所提方法可方便地推广至多图像加密,因此CDPE系统的加密效率可以得到进一步提升。     

基于深度学习的相位截断傅里叶变换非对称加密系统攻击方法

大多数光学加密系统都是对称加密系统,在光学图像加密中明文和密文之间具有线性关系,其系统的安全性有待加强.而基于相位截断傅里叶变换(phase-truncated Fourier transform, PTFT)的非对称加密系统,其非线性的相位截断操作使加密系统的安全性得到了极大提升.本文提出使用深度学习方法攻击PTFT加密系统,通过PTFT加密系统构造出明密文对图像数据集,然后将其输入残差网络(residual network, Res Net)中进行训练, Res Net自动学习该加密系统的解密特性.最后应用测试集对训练好的模型进行解密性能测试,数据表明该模型能够较好地恢复图像并且该模型具有一定的抗噪声能力.与两步迭代振幅恢复算法相比,本文所提出方法恢复的图像质量更好.     

利用QR码在光学干涉多图像加密系统中实现信息高质量恢复

为了解决解密图像之间的串扰噪声,在基于干涉原理的多图像加密系统中引入了快速响应矩阵(QR)码。该光学加密系统加密过程使用计算机进行数字运算实现,而解密过程可以使用数字实现,也可以使用光学方法实现。加密时多组原始信息首先被转换为相应的QR码,然后多组QR码被解析地隐藏于两个纯相位板中。解密时,使用相干光照射两个纯相位板,并通过分束镜使二者的衍射光场进行叠加,再经不同的衍射距离后所得的衍射强度即为解密图像,把得到的几组解密图像直接用智能手机进行扫描,即可完全恢复原始信息。相较于原来的基于干涉原理的多图像加密方法,该加密方法成功地解决了串扰噪声问题,实现了信息的高质量恢复。计算机模拟结果证实了该方法的有效性,也分析了对裁剪和噪音攻击的稳健性。     

可变光阑光学衍射加密系统

为了克服双随机相位编码系统的局限性,提出基于光学衍射成像原理的图像加密方法.该方法在光学衍射加密系统中加入可变光阑,形成透光面积不同的振幅板,对明文进行加密,得出多个密文.解密时,通过相位恢复算法,从多幅衍射强度图像中恢复原始明文.仿真表明,由于只需要记录光波的衍射强度,在密文记录过程无需使用干涉装置,通过可变光阑可以方便地调节振幅板的透光面积,无需改变光学结构或者移动光学器件,因此,大大降低了加密过程实施的难度.     

位置与波长并行复用技术下的光学干涉多图像加密系统(英文)

基于位置和波长参量的并行复用,提出一种高加密容量的光学干涉多图像加密系统.加密时,待加密图像分为两组,每组均利用位置复用技术解析地加密到两个纯相位板中,将所获取的四个相位板再经波长复用技术融合到两个光学相位元件中.加密过程采用数字技术,无需使用迭代算法,而解密过程既可以采用数字技术也可以采用纯光学方法.实验中利用波长与位置的并行复用及相关系数对系统的加密容量进行评估,同时研究了系统对于噪音攻击和剪切攻击的稳健性.结果表明:加密容量较已有方法有较大提高;对于噪音攻击的稳健性较强,但是对于剪切攻击的稳健性较弱.     

利用附加密钥旋转在光学联合相关结构中实现多二值图像加密EI北大核心CSCD

在一种改进的光学联合变换相关加密系统中,将附加密钥改为圆形并提出了基于附加密钥旋转复用而实现多幅二值图像加密的方法。加密时,对于不同的待加密的图像,将附加密钥旋转至不同的角度,生成相应的联合功率谱。将这些得到的联合功率谱进行叠加,得到的复合联合功率谱即最终的密文。解密时,将附加密钥旋转至加密时所处于的对应角度,对复合联合功率谱进行解密,即得到相应的解密结果。理论分析和计算机模拟结果表明,解密结果对附加密钥的旋转角度非常敏感,因而该旋转角度可作为一个有效的参数来实现多图像加密。同时,也分析了加密图像的数量对于解密结果的影响。     

基于附加密钥复用的彩色图像加密技术

为了避免使用复数来密文记录和传输彩色图像,提出一种基于附加密钥复用的彩色图像加密方法。先把彩色图像分成三基色分量:红、绿、兰;选取3个独立的附加密钥分别对这3个分量使用改进的光学联合相关变换法加密,得到3个联合功率谱。把这3个联合功率谱进行叠加,得到的复合联合功率谱即加密结果,其包含了原始彩色图像的全部信息。解密时,使用加密时所用的3个附加密钥分别对此复合联合功率谱进行解密,即可正确地重建原始图像的红、绿、蓝分量,进而恢复出原始图像。计算机仿真结果表明,本方法可以将一幅原始彩色图像隐藏于单幅强度图像之中。由于记录强度图像无需参考光波,因此本方法在加密过程中成功地避免了干涉装置,降低了对加密环境的要求。此外,相比于其他彩色图像隐藏方法需要加密至复数密文之中,本方法的密文大小仅为其二分之一,加密效率提高了一倍。     

基于光学扫描全息密码术的多图像并行加密

对光学扫描全息术中的双光瞳做出改进,提出对多图像并行加密和任意层图像再现的新方法.将其中一个光瞳设置成环形光瞳,另一个光瞳处插入随机相位板,干涉形成环形随机相位板,实现对多层图像的快速扫描和并行加密,扫描信号通过计算机合成为加密全息图,在数字全息再现的过程中进行解密,实现对任意层图像的精准重建.该方法快捷高效、安全可靠,抗噪声能力强.利用相关系数评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性.     

基于液晶光阀的视频光学加解密技术研究

高清监控视频的加密传输是一个重要的研究领域,但是随着监控图像清晰程度不断提高,现行视频加密算法的运行开支面临着严峻的考验。因此对视频传输过程中使用光学加解密的可行性进行了探索,提出了基于液晶光阀和双随机相位编码的单通道视频光学加解密技术。该技术的加解密耗时几乎为零,极大提高了视频的传输性能;同时由于光学加解密技术只用在现有视频传输链路的最前端以及末端,不涉及视频编码和传输,增强了系统可用性和通用性。利用Matlab对该方法进行了仿真计算。结果表明,加密后的各通道图像接近白噪声,通过破解的方法恢复原图像的可能性几乎为零;同时可以看到,经过该系统解密之后的图像基本能完全复原。因此该方法在高清化视频日益普及的未来有着广阔的推广价值和应用价值。     

基于矢量运算和副像相位掩模的遥感图像加密技术

针对遥感图像及彩色图像传输过程中的信息安全问题,提出了一种利用矢量运算和副像相位掩模对彩色遥感图像加密的方法.在加密过程中,利用光学相干叠加原理将原始图像矢量分解,并叠加到R、G、B三个通道上的两个相位板当中;然后,使用副像相位掩模在菲涅尔域中双随机相位编码对其中一个相位板加密;最后,利用两个随机矩阵的Kronecker积对编码图像进行进一步随机化处理,实现彩色遥感图像的多级加密.实验结果表明:该算法的密钥敏感度高,在强度系数小于0.04的高斯噪声攻击和统计分析攻击下具有良好的稳健性;密文能够抵御选择明文攻击,相比于传统的双随机相位编码算法具有更强的安全性.解密遥感图像的峰值信噪比和相关系数可达31.92dB和0.9888.该加密方法为大量相同尺寸遥感图像的加密提供了新的思路.     

非线性光学图像加密

结合传统的双随机相位编码和非线性光学技术的优点,提出一种基于光折变晶体自相位调制原理的非线性光学图像加密技术,并分析了其稳健性和安全性。该技术通过两个统计独立的随机相位板和两次非线性传播把明文图像加密成平稳的复随机白噪声。解密是加密的逆过程,既可以用光学的方法实现,也可以用非线性数字全息的方法实现。数值模拟结果证明,该加密系统在受加性噪声和乘性噪声影响的情况下,具有良好的稳健性,与传统的线性加密技术相比,该技术可以有效抵御选择明文和已知明文攻击。     

一种基于迭代振幅-相位恢复算法和非线性双随机相位编码的图像加密方法

提出了一种基于迭代振幅-相位恢复算法和非线性双随机相位编码的图像加密方法。该方法利用两个公开密钥和一幅"假图像"在非线性双随机相位加密系统中生成密文,接着利用迭代非线性双随机相位编码生成两个私有密钥。待加密图像和密文作为迭代加密方法中的两个限定值。解密过程则可以在经典的基于4f系统的线性的光学双随机相位编码系统中完成。该加密方法具有迭代收敛速度快、安全性高的优点。迭代该图像加密方法能够抵御最近提出的基于改进的振幅-相位恢复算法的攻击。理论分析和仿真实验都证明了此方法的有效性和可靠性。     

基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密方法

提出了基于空间角度复用和双随机相位的多图像光学加密新方法.加密过程中,首先将原始图像进行随机相位调制和不同距离的菲涅耳衍射;其次,将携带调制后图像的参考光与携带随机相位且具有不同立体角的参考光相干叠加,产生干涉条纹;最后,将不同方向的干涉条纹叠加形成复合加密图像.解密为加密的逆过程,将复合加密图像置于空间滤波和菲涅耳衍射系统中,经过不同相位密钥解调和正确距离的菲涅耳衍射完成解密,得到多幅解密图像.该方法可以同时对多幅图像进行高效的加密,计算简单、安全可靠、抗噪声能力强.利用相关系数评估了该方法的加密效果,并通过仿真实验验证了该方法的有效性和安全性.     

基于干涉原理的虚拟光学加密系统

提出了一种虚拟光学加密系统。该光学加密系统采用了同轴全息技术的基本架构,将被加密图像作为被记录物体,而在参考光波及干涉场光路中分别引入两个独立的随机相位板,全息面上的输出即为加密结果,这两个随机相位板即为加密及解密所用密钥。理论分析表明,在恰当设置物光波与参考光波衍射场比例的情况下,任意一灰度图像均可被加密为平稳的复随机白噪声,可以抵御盲反卷积攻击。采用计算机模拟,证实了该系统的加密效果及对抗暴力攻击的能力。研究了解密时附加参数及噪音攻击对解密结果的影响,结果表明本系统抗噪音攻击能力一般,但对附加参数有极高的敏感性。     

基于双混沌系统的大数据环境并行加密算法设计 

为了克服大数据在采用串行加密方式时具有的加密效率低的问题,设计了一种基于双混沌系统的大数据环境的并行加密算法。首先,在对经典的Map-Reduce分布式并行计算框架进行研究的基础上,设计了大数据环境的并行加密模型。然后,设计了改进的Logistic映射和Tent映射构成双混沌系统,在此基础上,设计了Map函数、Sort函数和Reduce函数实现并行加密,在Map函数中通过Logistic映射和Tent映射的不断迭代计算加密密钥或解密密钥,实现明文到密文或密文到明文的转换,在Sort 函数对由Map函数输出的键值对进行排序并剔除重复的数据块,在Reduce函数中对加密后的密文数据块或解密后的明文数据块进一步合并构成输出数据,并生成Logistic映射和Tent映射的迭代次数初始值并保存在历史数据信息中。仿真实验表明：文中设计的基于双混沌系统的Map-Reduce并行加密模型能高效地进行数据加密或解密,能提高数据安全性和加密效率,具有较强的可行性。     

基于联合菲涅耳变换相关器和矢量分解的光学加密方法研究

为提高光学图像加密系统的安全性,利用双光楔联合菲涅耳变换相关器和矢量分解设计了一种非线性光学图像加密系统。通过矢量分解将原始图像分解为两个相位模板,其中一个相位模板f1(x)放置于双光楔联合菲涅耳变换相关器物窗口实现图像加密;携带另一相位模板f2(x)信息的光束与解密系统输出的携带f1(x)信息的光束相干叠加得到解密图像。数值模拟了加密系统的加、解密过程,对于灰度图像和二值图像,当光楔楔角为1.8°和相位模板f1(x)与密钥k(x)的中心间距为18 mm时,解密图像与原始图像的相关系数分别为0.812 7和0.810 9;分析了密钥模板相位分布错误对解密效果的影响,验证了加密方法的可行性。模拟分析表明,密钥k(x)的位置和光楔楔角作为附加的密钥参量,有效扩展了加密系统密钥空间,并能抵御唯密文攻击、已知明文攻击和选择明文攻击。     

一种保持非负整数值的图像加密算法

提出了一种能够使双随机相位图像加密方法的密文图像保持为非负整数值的变换——重构变换.重构变换包括预处理和频谱搬移两个过程,其主要特点为,在图像进行频域变换之前,通过叠加的方式将整数图像压缩成一半大小的复数图像,从而能缩小后续运算的计算空间;基于重构变换的双随机相位图像加密方法可以实现联合图像压缩和加密的效果.与基于混沌系统的数字图像加密方法相比,本文方法的密文图像具有更低的信息熵.实验结果表明,该方法具有较强的安全性,解密图像基本无失真,并且密文图像对加性噪音攻击具有一定的鲁棒性.     

一种保持非负整数值的图像加密算法

提出了一种能够使双随机相位图像加密方法的密文图像保持为非负整数值的变换——重构变换.重构变换包括预处理和频谱搬移两个过程,其主要特点为,在图像进行频域变换之前,通过叠加的方式将整数图像压缩成一半大小的复数图像,从而能缩小后续运算的计算空间;基于重构变换的双随机相位图像加密方法可以实现联合图像压缩和加密的效果.与基于混沌系统的数字图像加密方法相比,本文方法的密文图像具有更低的信息熵.实验结果表明,该方法具有较强的安全性,解密图像基本无失真,并且密文图像对加性噪音攻击具有一定的鲁棒性.     

基于像素置乱技术的多重双随机相位加密法

提出一种基于像素置乱技术的多重双随机相位加密法,对该加密法中像素置乱操作的原理进行了阐述,并且提出在光学上实现像素置乱操作和解置乱操作的途径.在计算机上模拟实现了该加密法,并且得到很好的加密解密结果.仿真结果证实仅用部分加密图像来解密也能够得到原图像,并且得到随着待解密的加密图像像素的增加,解密图像的信号能量、噪声以及信噪比的变化曲线.最后分析比较了该加密法与双随机相位加密法,得到该加密法与双随机相位加密法相比具有更高的保密性,而且解密图像的信噪比也不会因为引入像素置乱操作而降低.