一种基于随机相位板复用的光学多二值图像加密系统

利用随机相位板复用提出了一种基于干涉原理的光学多二值图像加密系统。该系统加密过程采用数字方法,解密过程既可以采用数字方法也可以采用光学方法。利用该方法可将多幅图像信息解析地隐藏于两个纯相位板中。解密时,通过分束镜将两个随机相位板的衍射场进行相干叠加形成干涉场,利用专用密钥对此干涉场进行调制,即可在输出平面上恢复出与该专用密钥对应的原始图像,此图像可以采用CCD等图像传感器件直接记录。该方法加密过程无需迭代,非常省时,且解密系统易于物理实现。利用相关系数评估了系统的加密容量,计算机模拟结果证实了该方法的有效性。     

基于双随机相位编码的非线性双图像加密方法

提出了一种基于双随机相位编码技术的非线性双图像加密方法,并分析了其安全性。在该方法中,加密过程和解密过程以及加密密钥和解密密钥均不相同。加密过程具有非线性,解密过程则是线性的。将两幅待加密图像复合为复振幅图像,并利用双随机相位编码技术和切相傅里叶变换进行加密,加密过程中生成两个解密密钥,解密过程则在经典的基于4f系统的双随机相位编码系统中完成。相比经典的双随机相位加密技术和基于切相傅里叶变换的单图像加密技术,该加密方法的安全性更高,它能够抵御最近提出的基于两步振幅相位恢复算法的特定攻击。理论分析和仿真实验结果都证明了此加密方法的可行性和安全性。     

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。     

基于双随机相位编码的局部混合光学加密系统

针对目前图像的选择性加密无法通过光学结构实现的问题,通过光学设计方法,将基于4f系统的双随机相位编码技术和基于衍射系统的双随机相位编码技术相结合,提出了一种基于双随机相位编码的局部混合光学加密系统.在该系统中,原始图像被分为重要信息和非重要信息,重要信息在4f系统中进行加密,非重要信息在衍射系统中进行加密,用4f系统密文替换掉衍射系统密文中的一部分,得到最终的加密图像.解密为加密的逆过程,将4f系统密文从最终密文中剪切出来后,用其还原出衍射系统密文中被替换掉的信息,从而得到完整的衍射系统密文,两个密文分别经过各自对应系统的逆过程后完成解密.该方法实现了通过光学结构对图像进行选择性加密,安全有效,具有良好的鲁棒性.通过仿真实验验证了该方法的有效性,利用相关系数对该方法的加密和解密效果进行了评估,验证了该方法的安全性.     

基于RGB图像传输的双随机相位加密隐藏技术

提出了一种通过彩色宿主图像隐藏双随机相位编码信息的方法.将需隐藏的原始信息,经双随机相位编码,压缩后按一定的编码规则隐藏在宿主图像(RGB图像)的低位.在提取隐藏图像过程中直接对携带隐藏信息的融合图像进行处理,不需要利用原始RGB宿主图像,且重构图像的质量较好,不受原始宿主图像的影响.在此基础上对因原始隐藏信息在编码、存储、传输过程中对融合图象和重构图象的影响做了分析,并在MATLAB环境中对分析结果做了模拟验证.结果表明,该方法可以得到非常好的重构图象.     

基于超混沌和Gyrator域相位信息复用的光学多图像认证方法

针对光学多图像认证方法中,多路复用图像中的串扰噪声,以及不同认证级别下的信息安全问题,提出了一种基于超混沌振幅型掩模和Gyrator变换域下相位信息复用的光学多图像认证方法。利用分数阶超混沌Rabinovich系统构造超混沌随机振幅掩模;基于改进的Gerchberg-Saxton算法对原始图像进行低级或高级编码,利用超混沌掩模作为振幅约束,迭代获得目标图像,并将得到的N个目标图像编码成复合图像;再次通过Gerchberg-Saxton迭代将复合图像转化为两个便于传输的纯相位掩模。实验结果表明:在认证过程中,不同安全级别的用户拥有各自的认证密钥,低级认证过程中可以通过检索图像与原始图像的非线性相关峰值,判断认证图像的正确性,而高级认证过程中则可以获得与原始图像相似度较高的认证图像,峰值信噪比和相关系数分别可达25.2817 dB和0.9844。所提方法对遮挡攻击和噪声攻击具有良好的稳健性,为多幅图像在不同级别下的光学认证提供了新的思路。     

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。     

双随机相位图像加密的实值编码研究

提出了一种基于双随机相位的图像实值编码方法,该方法可应用于光学图像加密.要编码的纯相位图像分别在空间域和频域加入随机相位掩膜,其中在频域将编码范围扩大4倍,经过光学系统的变换,将生成的图像取实部作为编码图像.实值编码的图像利用与编码过程类似的方法进行解码,可以准确地重建原图像.该编译码方法简单,编码图像是一个近似随机噪声的实值图像,便于数字图像的传输与输出.     

相位恢复算法用于分区复用多图像加密的研究

衍射投影效应明显降低了基于双相位编码的多图像加密系统的性能.提出分区复用技术来解决这一问题.待加密的多个图像被放置于各个输出平面的不同区域,于是相邻两个输出平面的秘密图像区域将错落开来,因而有效抑制了衍射投影所产生的噪声.在此基础上,重点研究了用于该系统的相位恢复算法.在完整的顺序迭代之后,对解密质量最差的图像进行逐一补偿,从而寻找到了更加符合多幅秘密图像客观特点的子循环次序.根据这一次序,用完整迭代后附加调节性迭代的方法或者完全更换迭代次序的方法,都能够在保留基本算法快速收敛优势的前提下,使多幅解密图像质量以及系统地复用容量得以整体提高.     

双随机相位编码光学加密系统的唯密文攻击

针对双随机相位编码光学加密系统的安全性分析表明，该系统属于线性对称分组密码系统，其线性性质为安全性留下极大隐患.在唯密文攻击下，仅根据密文估计出物面波函数的“支撑”(support)，然后利用迭代相位恢复算法获得物面波函数(其振幅是明文信息)，再根据物面波函数与频域密文的关系可推导出频谱平面的解密密钥.由于估计出来的物面波函数的“支撑”相对于真实的物面波函数的“支撑”有一定的平移，使得恢复的物面波函数与真实的物面波函数之间无论在振幅上还是相位上都存在平移，导致用推导出来的解密密钥去解密其他密文时所获得的明文与原始明文之间存在明显平移.然而，可依照这一先验信息，将估计出来的物面波函数的“支撑”在物面内遍历，从而找到逼近真实解密密钥的解.利用此解密密钥去解密其他密文时获得更好的解密效果. 关键词： 光学信息安全 双随机相位编码 唯密文攻击 函数支撑     

双随机相位加密中相息图的优化设计

采用基于记忆的模拟退火法对双随机相位加密中的相息图进行优化设计，并用该法分别对一 个二元图像和一个灰度图像进行了模拟实验.实验结果表明，在不增大设计冗余度的情况下 ，运用该方法可降低相息图和密钥的相位量化带来的误差，得到与原加密图像质量几乎相同 的解密图像. 关键词： 基于记忆的模拟退火法 双随机相位加密 优化设计     

基于相息图迭代的随机相位加密

提出了一种将随机相位加密和相位恢复算法中的求解附加相位分布分二步实施的加密方法. 由于该方法的实质是通过在随机谱和相息图之间进行相位恢复迭代以确定相息图和密钥的相 位分布，因而能够减小图像的解密误差.在相息图相位离散化的迭代过程中，采用增大设计 冗余度的方法，降低了由相位离散化所带来的解密误差.最后，通过计算机模拟实验验证了 该方法在减小图像解密误差方面的有效性. 关键词： 随机相位 光学图像加密 相息图 二元光学 离散化误差 相位恢复算法     

前向迭代多随机相位光学图像加密方法的研究

基于光学4f级联系统,采用前向迭代算法和通过产生多个随机相位板对图像进行了加密和解密。给出了该方法的原理和迭代实现的过程。对该方法在收敛速度、解密图像质量、相位板数目和相位量化阶数对解密图像质量的影响以及保密和安全性能等方面进行了分析和研究。模拟结果表明,该方法收敛速度快,解密图像质量好,可以降低相位板相位量化阶数有限所引起的误差对解密图像质量的影响,图像的安全和保密性能也得到了很大的提高。     

双随机相位加密系统的选择明文攻击

在光学信息安全领域,双随机相位加密方法最引人注目并得到广泛研究,但由于双随机相位加密系统是基于傅里叶变换的系统,其本质上是一种线性变换系统,明文、密文之间的函数依赖关系比较简单,这就为其安全性留下了很大的隐患。双随机相位加密方法可以用光学和数字的方式实现,提出了一种选择明文攻击的方法,利用多个冲击函数作为选择的明文,成功破解了基于数字方法实现的双随机相位加密系统,并给出了恢复密钥的解析式,此方法最大的优点在于解密图像的无损性,并从理论上加以证明,给出了实验结果。     

双随机相位加密系统的已知明文攻击

运用密码分析学的方法对双随机相位加密系统进行了初步的安全性分析.研究结果表明，该系统属于线性的对称分组密码系统，线性性质为其安全性留下隐患.在已知明文攻击下，攻击者可通过常规的相位恢复算法获得4-f系统输入平面的随机相位函数密钥，继而可轻易推出频谱平面的随机相位函数密钥，从而攻破此密码系统. 关键词： 光学信息安全 双随机相位加密 密码分析学 已知明文攻击     

基于混沌的改进双随机相位编码图像加密算法

针对菲涅耳域双随机相位编码提出的一种改进图像加密系统。该系统通过预先将原图像编码为相位信息克服了原算法对第一块相位模板和第一次衍射距离不敏感的缺陷。在双随机相位编码模块后基于复值图像振幅及相位替代的再次加密,使得加密图像像素值分布更为均匀。另外,改进算法引入三种不同的混沌系统来生成所需要的随机模板,借助于混沌系统的非线性性、初值敏感性,加密系统在减小密钥体积的同时增大了密钥空间、增加了系统的复杂性。仿真实验对算法进行了有效性分析、统计分析以及密钥敏感性测试,结果表明改进的算法有效提升了原算法的安全性。     

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.     

双随机相位加密全息标识防伪技术研究

在输入面和频谱面上分别放置随机相位加密模板对图像数据进行加密是一种高密级的有效数据加密技术。在研究双随机相位数据加密技术的基础上,结合数字全息技术和印刷技术的特点,提出了一种新的双随机相位加密同轴相位全息标识(简称同轴相位全息标识)印刷防伪方法。理论分析证明了同轴相位全息标识方法能有效地恢复原始图像数据,仿真实验证明了该方法具有强抗随机干扰能力和抗位压缩性能。通过打印和扫描实验验证了同轴相位全息标识可以通过普通的数字印刷技术印制在证件等印刷品中作为防伪标识,印刷品中的同轴相位全息标识可以通过扫描输入计算机,变换生成数字图像,通过解密模板可从中恢复出原始图像数据。