[發(fā)明專利]基于聯(lián)合傅立葉變換和相位切除的非對稱雙圖像加密方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210005632.8
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN102567943A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 汪小剛;趙道木
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江農(nóng)林大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T1/00
• 分類號(hào): G06T1/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種信息安全技術(shù)領(lǐng)域和信息光學(xué)領(lǐng)域，特別是非對稱圖像的安全加密方法。

【背景技術(shù)】

保護(hù)信息的安全是當(dāng)前我們面臨的一項(xiàng)重要任務(wù)。圖像作為信息載體的重要形式之一，具有直觀生動(dòng)的特點(diǎn)。近些年來，基于光學(xué)原理的圖像安全處理技術(shù)引起了較為廣泛的關(guān)注，并已成為圖像安全處理領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。目前應(yīng)用最為廣泛的是美國的P.Réfrégier和B.Javidi兩位專家在1995年提出的基于4f系統(tǒng)的雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)。該技術(shù)已獲得了美國專利保護(hù)。雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)的主要思想是將兩塊統(tǒng)計(jì)無關(guān)的隨機(jī)相位掩模分別放置于在4f光學(xué)系統(tǒng)的輸入平面和傅立葉頻譜面上，它們分別用來對原圖像的空間信息和頻譜信息作隨機(jī)擾亂，在系統(tǒng)的輸出平面上就可以得到統(tǒng)計(jì)特性隨時(shí)間平移不變化的平穩(wěn)白噪聲，從而達(dá)到加密的目的。在這之后的時(shí)間里，許多國家的科研人員相繼展開了這方面的研究，提出了不少加密技術(shù)。例如印度的研究人員將雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)的應(yīng)用從傅立葉變換域擴(kuò)展到了分?jǐn)?shù)傅立葉變換域，引入分?jǐn)?shù)傅立葉變化階數(shù)作為新的密鑰。這些加密方法大都是對單幅圖像進(jìn)行加密，而對雙圖像同時(shí)進(jìn)行加密的方法并不多見。Tao等人利用分?jǐn)?shù)階傅立葉變換實(shí)現(xiàn)了雙圖像加密；Liu等人提出了結(jié)合相位恢復(fù)算法和分?jǐn)?shù)傅立葉變換的雙圖像加密，該方法需進(jìn)行迭代運(yùn)算，計(jì)算量較大。這些雙圖像加密方法從加密體制上來看，都屬于對稱加密系統(tǒng)(加密過程與解密過程、加密密鑰與解密密鑰均相同)。

隨著研究的深入，科研人員發(fā)現(xiàn)以雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)為典型代表的對稱加密系統(tǒng)由于存在著線性這一性質(zhì)，存在極大的安全隱患。2005年，Carniecer等人首次提出了一種針對雙隨機(jī)相位編碼系統(tǒng)的選擇密文攻擊方法，破解了解密密鑰；2006年，Peng等人提出了選擇明文攻擊的方法，破解了雙隨機(jī)加密系統(tǒng)。最近，一些針對分?jǐn)?shù)傅立葉變換域和菲涅耳變換域的雙隨機(jī)加密系統(tǒng)的攻擊方法也被陸續(xù)提出。傳統(tǒng)的基于雙隨機(jī)加密的對稱加密系統(tǒng)的安全問題逐漸暴露了出來。因此，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)雙隨機(jī)加密系統(tǒng)的安全改造，去除其線性特點(diǎn)，增強(qiáng)加密系統(tǒng)的抗攻擊能力成為目前研究的重點(diǎn)。2010年，Wang和Peng提出了基于切向傅立葉變換的光學(xué)非對稱密碼系統(tǒng)，去除了經(jīng)典雙隨機(jī)相位編碼系統(tǒng)的線性特點(diǎn)，有效地抵制了包括暴力攻擊、已知明文等多種攻擊，顯示了比傳統(tǒng)的基于雙隨機(jī)加密的對稱加密方法更高的安全性。然而，研究發(fā)現(xiàn)基于切向傅立葉變換的單圖像加密系統(tǒng)也存在缺陷，當(dāng)系統(tǒng)中的兩個(gè)加密密鑰作為公開密鑰匙時(shí)，利用迭代振幅恢復(fù)算法可以破解原始信息。因此，以傳統(tǒng)的雙隨機(jī)相位編碼為基礎(chǔ)的非對稱圖像加密方法仍有待開發(fā)。通過把系統(tǒng)從切相傅立葉變換域擴(kuò)展到切相分?jǐn)?shù)傅立葉變換域或者在頻域上放置振幅板，可以有效地抵御振幅恢復(fù)法的攻擊，但系統(tǒng)的復(fù)雜性明顯提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于聯(lián)合傅立葉變換和相位切除的非對稱雙圖像加密方法。

解決上述技術(shù)問題采用如下技術(shù)措施：本基于聯(lián)合傅立葉變換和相位切除的非對稱雙圖像加密方法按如下步驟進(jìn)行：

(1)加密：

(i)f₁(x，y)和f₂(x，y)是待加密的兩幅原始圖像，R₁(x，y)和R₂(x，y)代表兩個(gè)隨機(jī)相位掩模，分別表示成exp[2πm₁(x，y)]和exp[2πm₂(x，y)]，其中m₁(x，y)、m₂(x，y)代表兩個(gè)統(tǒng)計(jì)無關(guān)且在區(qū)間[0，1]上具有均勻概率分布的隨機(jī)矩陣，假定兩組圖像和相位掩模中心分別置于(a₁，0)和(a₂，0)，并且兩幅原始圖像不存在相互重疊現(xiàn)象，此時(shí)，待加密的信息在數(shù)學(xué)上表示為：

u₀(x，y)＝[f₁(x-a₁，y)×R₁(x-a₁，y)]+[f₂(x-a₂，y)×R₂(x-a₂，y)](1)

(ii)對兩組輸入信息進(jìn)行聯(lián)合傅立葉變換，切除相位后得到：

g₀(u，υ)＝PT{FT[u₀(x，y)]}(2)