[發明專利]無需相位探測的雙隨機相位光學加密系統

在審

• 申請號: 201410654646.1
• 申請日: 2014-11-18
• 公開（公告）號: CN104486076A
• 公開（公告）日: 2015-04-01
• 發明（設計）人: 史祎詩;張駿;李拓;王雅麗;高乾坤
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: H04L9/32
• 分類號: H04L9/32;H04L9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種光學加密技術，具體涉及一種無需相位探測的雙隨機相位光學加密系統。

背景技術

1995年Refregier和Javidi提出了雙隨機相位光學加密系統預示著光學加密技術的誕生。參見(Opt.Lett.20(7)，767-769(1995))。該加密方法首次將光引入信息加密當中，由于光有著頻率高，信息容量大、并行性等諸多優點，光學加密引起了世界各國研究者的廣泛興趣。然而和任何加密技術一樣，只有抗各種用密碼分析攻擊的加密方法才能稱之為安全的加密方法。目前針對雙隨機相位技術，各種攻擊方法相繼被提出，如唯密文攻擊、已知明文攻擊、選擇明文攻擊、選擇密文攻擊策略。參見(Opt.Lett.31(8)，1044-1046(2006)；Opt.Lett.30(13)，1644-1646(2005)；Opt.Lett.31(22)，3261-3263(2006)；Acta?Physica?Sinica56，2629-2636(2007)(In?Chinese))。這些方法的提出顯示了雙隨機相位有很大安全隱患。

為了解決雙隨機相位系統的安全性問題，各種改進型的光學加密系統相繼被提出。目前關于改進型的雙隨機相位光學加密系統，大致可分為兩類：一類是基于干涉的改進型雙隨機相位系統，如菲涅爾域的雙隨機相位加密系統，分數傅里葉域的雙隨機加密系統。一類是基于相干衍射成像的改進型加密系統，如結構光照明加密系統，以及基于疊層成像的加密系統。參見(Opt.Commun.285，2044-2047(2012)；Opt.Lett.38(9)，1425-1427(2013))基于干涉的改進型雙隨機相位加密系統與傳統的加密系統一樣，都需要復雜的干涉裝置。近年研究表明，改進型的雙隨機相位系統也存在較大的安全漏洞。基于相干衍射成像的加密系統，安全性較高，但是一般一幅明文圖像對應多個衍射密文圖像，所以有通訊過程中密文傳輸量太大的缺點。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有光學加密系統的不足，該發明與目前基于干涉的雙隨機相位加密系統和基于相干衍射成像的雙隨機加密系統相比，結果最為簡單。且融合了以上兩種方法的優勢，不需要相位探測，僅需要一幅衍射密文圖樣就可完成加密和解密過程。

本發明的目的可通過以下技術措施實現：

加密系統主要是基于4f系統之上的。4f系統是由兩個焦距完全相同的透鏡組成。明文放置在4f系統的輸入面。兩個隨機秘鑰版M₁和M₂分別放置在4f系統的輸入面和頻譜面。探測器放置在輸出面上。加密時，用激光照射明文，攜帶明文信息的激光束經過兩個隨機秘鑰版M₁和M₂的調制，衍射到達輸出面并用CCD直接記錄下來。CCD探測到的衍射圖樣即為相應的密文。

本發明解密算法可用如下相位恢復算法實現：

(1)賦初值，猜測明文圖像為一個ones矩陣f_i。

(2)計算輸出面上的復振幅分布為：

D_i＝IFT{FT{f_iexp(jM₁)}·exp(jM₂)}

(3)用探測器拍攝到的密文圖像替換計算得到的輸出面的復振幅D_i：

Ci=I·(|Di|/Di)]]>

(4)將更新的輸出面復振幅分布C_i逆衍射到輸入面：

ψ_i＝IFT{FT{C_i}·exp(-jM₂)}

(5)令

f_i+1＝|ψ_i|

(6)重復步驟(2)-(5)直到D_i和I_i的相關系數達到閾值。迭代得到的f_i+1即為輸出圖像