[發明專利]基于迭代振幅-相位恢復算法的圖像加密方法

有效

• 申請號: 201410020083.0
• 申請日: 2014-01-16
• 公開（公告）號: CN103745427B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發明（設計）人: 陳翼翔;汪小剛
• 申請（專利權）人: 浙江傳媒學院
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及一種信息安全技術領域，特別是圖像的加密方法。

【背景技術】

光學圖像加密技術是最近二十年來信息安全研究領域出現的新熱點。1995年，美國Connecticut大學的P.Réfrégier和B.Javidi兩位專家提出了一種基于4f系統的雙隨機相位編碼技術，該技術通過將兩塊統計無關的隨機相位掩模分別放置于4f光學系統的輸入平面和傅立葉頻譜面上，分別用來對輸入信息的空間信息和頻譜信息作隨機擾亂，從而在系統的輸出平面上得到統計特性隨時間平移不變化的均勻白噪聲，最終達到信息加密的目的。該技術已獲美國專利保護。雙隨機相位加密技術的提出也促進了國內科研人員對光學圖像加密技術研究的熱情。例如，北京理工大學的陶然等人提出了一種基于分數階傅立葉變換的雙圖像加密方法，該方法已經獲得國家專利保護；南昌大學的周南潤等人提出了一種基于分數梅林變換的圖像加密方法也已獲得國家專利保護。到目前為止，絕大多數基于雙隨機相位加密技術的加密系統，其加密過程與解密過程、加密密鑰與解密密鑰均相同，屬于對稱加密系統。2010年，深圳大學的彭翔等人提出了基于切相傅立葉變換的非對稱圖像加密系統，在經典的雙隨機相位加密過程引入相位切除操作，使加密過程和解密過程具有了非線性的特點。在該加密系統中，加密密鑰和解密密鑰分別作為公開密鑰和私有密鑰加以保存，相對傳統的對稱加密方法，安全性更高。但最近的研究卻表明，該加密方法實際上仍然存在安全方面的隱患，當攻擊者在獲取密文和兩個公開密鑰匙的情況下，運用迭代振幅-相位恢復算法就可以破解得到原始圖像以及兩個解密密鑰。另外需要特別指出的是，以上圖像加密方法具有一個共同的特點，就是加密的結果都是均勻白噪聲，容易引起攻擊者的注意。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題是提供基于迭代振幅-相位恢復算法的圖像加密方法。

解決上述技術問題采用如下技術措施：基于迭代振幅-相位恢復算法的圖像加密方法按如下步驟進行：

(1)加密：

(i)I(x，y)代表待加密的原始圖像，E₀(x，y)代表另一幅與原始圖像尺寸相同的圖像，R(x，y)、R′(u，υ)是作為公開密鑰的兩塊隨機相位板，可以具體表示成exp[2πα(x，y)]、exp[2πβ(u，υ)]，其中(x，y)、(u，υ)分別表示空間域和傅立葉頻域的坐標，α(x，y)、β(u，υ)代表兩個在區間[0，1]上具有均勻概率分布并且統計無關的隨機矩陣，運用迭代振幅-相位恢復算法進行加密時，I(x，y)、E₀(x，y)是迭代過程中的兩個限定值，假定在第k-1次(k=1，2，3…)迭代過程中已經得到加密密鑰R_k(x，y)和R′_k(x，y)，則在第k次迭代過程中，首先對I(x，y)和加密密鑰R_k(x，y)的乘積作傅立葉變換，接著對變換后得到的復振幅進行取相位和取振幅操作，分別得到振幅分布g_k(u，υ)和相位分布P′_k(u，υ)，即：

g_k(u，υ)=PT{FT[I(x，y)R_k(x，y)]}?????(1)

P′_k(u，υ)＝PR{FT[I(x，y)R_k(x，y)]}?????(2)

其中FT[]表示傅立葉變換，PR{}代表取相位運算，即除去復振幅的振幅信息，PT{}代表取振幅運算，即除去復振幅的相位信息，當k=1時，特別規定R₁(x，y)=R(x，y)、R′₁(u，υ)=R′(u，υ)，即兩個公開密鑰被用作第一次迭代運算的兩個加密密鑰；

(ii)對g_k(u，υ)和R′_k(u，υ)的乘積作逆傅立葉變換后進行取相位和取振幅操作，分別得到相位分布P_k(x，y)和振幅分布E_k(x，y)，即：

P_k(x，y)＝PR{IFT[g_k(u，υ)R′_k(u，υ)]}?????(3)

E_k(x，y)＝PT{IFT[g_k(u，υ)R′_k(u，υ)]}?????(4)

其中IFT[]表示逆傅立葉變換；