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。     

基于菲涅耳域的双随机相位编码系统的选择明文攻击

用密码分析学的方法对菲涅耳域双随机相位加密系统进行了安全性分析，并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，成功破解了菲涅耳域的双随机相位加密系统，并给出了密钥的解析式.此方法最大的优点在于解密的无损性，并从理论上加以证明，给出了模拟实验结果. 关键词： 信息光学 双随机相位加密 选择明文攻击 菲涅耳变换     

约束集投影算法和4f相关器的光学密码系统的已知明文攻击

分析了约束集投影和4f相关器的光学加密系统的安全性,并提出一种基于双强度相位恢复的已知明文攻击方法。约束集投影和4f相关器的加密系统是典型的光学密码系统,由于其解密系统可以等价于一个标准的4f系统,并且加密密钥与解密密钥相同,因此本质上仍是一个线性系统,这就为系统的安全性留下了很大隐患。该攻击方法仅利用一对输入的相位信息和相应输出的强度信息即可成功得到加密系统的密钥,提高了攻击实施的可行性。     

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     

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.     

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.     

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.     

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。     

使用参考光波光学联合变换相关加密系统的选择明文攻击

证实了一种使用参考光波的光学联合相关变换加密系统对于选择明文攻击的脆弱性。在该加密系统中,通过选择一个透过率为零的特殊明文图像,记录其对应的联合功率谱,之后再通过遮挡输入面获取参考光波强度、遮挡参考光和明文获得加密密钥的傅里叶变换强度,根据获得的3幅图像,攻击者可以准确地获取加密所用的密钥,进而可以恢复出原始图像。理论分析和计算机模拟结果均证明所提攻击方法的有效性。     

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。     

Image encryption using exclusive-OR with DNA complementary rules and double random phase encoding

We propose an optical image encryption scheme based on the Deoxyribonucleic Acid (DNA) theory and the double random phase encoding (DRPE) technique. The piecewise linear chaotic map (PWLCM) is used to generate key images and random phase masks, and to determine DNA encoding rules. In order to achieve ultra-fast DNA encryption, we propose using an optical exclusive-OR (XOR) gate to achieve XOR operation in DNA encryption. Different plaintexts use different initial values of PWLCM, which are generated by Message Digest Algorithm 5 (MD5). The plaintext is encrypted by two rounds of DNA and then by DRPE to form a ciphertext. Numerical simulation and the analysis of attacks on encrypted image are implemented to demonstrate the security and validity of the proposed approach.     

Known-plaintext attack on optical encryption based on double random phase keys

We demonstrate a new approach to known-plaintext attack on an optical encryption scheme based on double random phase keys. With this attack an opponent can access both random phase keys with the help of the phase retrieval technique. This demonstration shows that an optical encryption scheme based on double random encoding is vulnerable to known-plaintext attack.     

基于位相抽取的三维信息加密算法研究

本文提出了以位相抽取为基础的三维信息加密算法.构造由纯振幅和纯位相物体组成的简单三维信息作为加密对象.先用标量衍射理论计算其复振幅并抽取相位分布,再结合双随机位相编码完成加密.解密算法为上述算法的逆过程.计算机模拟结果证实了该算法的有效性、鲁棒性和安全性,并揭示了位相抽取算法用于加密更大信息量三维信息的潜力. 关键词： 傅里叶光学 光学信息安全 三维信息加密 位相抽取     

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     

Image encryption based on pure intensity random coding and digital holography technique

We propose a novel image encryption method that combines the pure intensity random encoding and the digital holography technique. A phase-shifting interferometer records both phase and amplitude information of a complex object with a CCD sensor array. The encryption is performed by placing two pure intensity random masks between the image to be encrypted and an intensity recording device. Electronic decryption can be performed with fast Fresnel reconstruction procedure. Numerical simulation results show the validity of the algorithm and an optoelectronic implementation setup is also presented.