[發明專利]基于稀疏雙隨機相位加密和QR碼的認證方法

有效

• 申請號: 201510050296.2
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104573561B
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 汪小剛;周國泉;戴朝卿
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: G06F21/62
• 分類號: G06F21/62;H04L9/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

【技術領域】

本發明涉及信息安全技術領域，特別是圖像的安全認證方法，適用于圖像的加密和認證。

【背景技術】

隨著信息技術的不斷發展，信息安全問題也日顯突出。如何確保信息系統的安全已成為全社會關注的問題，它也成為信息科學的熱點課題。基于光學理論和方法的信息加密技術是近些年逐步發展起來的新一代的信息安全處理技術。1995年，美國Connecticut大學的學者P.Refregier和B.Javidi提出了一種基于“雙隨機相位編碼”的光學圖像加密技術，它的提出引起了世界各國光學信息安全領域科研人員的極大關注。利用雙隨機相位加密技術對圖像進行光學加密后，通過光子成像或者計算機數字技術對光學加密結果進行稀疏化處理，生成的稀疏加密圖像可用于信息的安全認證。這種基于稀疏雙隨機相位加密的認證方法結合了光學加密和圖像認證兩種方式，安全性極高。

QR碼的“QR”是Quick Response的縮寫，即快速反應的意思。QR碼能夠對文字、URL地址和其他類型的數據進行加密。它具有信息容量大、可靠性高、保密防偽性強以及快速讀取等優點。相位恢復算法則是一種通過可測量的光場強度確定光場相位分布的方法，它已被廣泛應用在電子顯微鏡、波前再現、面形檢測等領域。QR碼和相位恢復算法目前都已經成功地運用于圖像加密領域，它們在基于稀疏雙隨機相位加密的認證方法中的應用將降低光學加密系統的復雜性并提升認證過程的安全性。

【發明內容】

本發明要解決的技術問題是提供基于稀疏雙隨機相位加密和QR碼的認證方法。

解決上述技術問題采用如下技術措施：基于稀疏雙隨機相位加密和QR碼的認證方法按如下步驟進行：

(1)加密：

(i)Q(x，y)代表光學加密時作為加密密鑰和認證時作為認證密鑰的QR碼，f(x，y)代表待加密并用于認證的原始圖像，利用菲涅耳域雙隨機相位加密系統對f(x，y)進行加密，r₁(x，y)和r₂(x′，y′)是雙隨機相位加密系統中的兩塊隨機相位板，分別表示成exp[2πa(x，y)]和exp[2πb(x′，y′)]，其中a(x，y)、b(x′，y′)代表兩個統計無關且在區間[0，1]上具有均勻概率分布的隨機矩陣，(x，y)和(x′，y′)分別表示輸入平面和菲涅耳衍射平面的坐標，加密時圖像f(x，y)和加密密鑰Q(x，y)相乘，它們的乘積與r₁(x，y)相乘后作一次波長為λ，距離為d₁的菲涅耳變換，得到的結果與r₂(x′，y′)相乘后再作一次波長為λ，距離為d₂的菲涅耳變換，對變換后的結果取振幅后得到密文C(x″，y″)，即：

其中PT{ }代表取振幅操作，即除去復振幅的相位信息，只保留振幅部分的信息，FrT{ }代表菲涅耳變換，(x″，y″)表示菲涅耳域雙隨機相位加密系統輸出平面的坐標；

(ii)利用相位恢復算法計算菲涅耳域雙隨機相位加密系統輸出面上相位的近似分布，設總的迭代次數為某一正整數K，在第k次(k≤K)迭代運算過程中，系統輸入面上的圖像為f_k(x，y)，則其所對應的輸出面上的加密結果為：

其中，當k＝1時，初始輸入信號f₁(x，y)是一元素值均為1的矩陣，由式(2)得到的加密結果C_k(x″，y″)的相位信息可表示為：

q_k(x″，y″)＝PR{C_k(x″，y″)} (3)

其中PR{ }表示相位保留操作，即除去復振幅的振幅信息，只保留相位部分的信息，接著，式(3)得到的q_k(x″，y″)與密文C(x″，y″)相乘，其乘積作為雙隨機相位加密系統解密過程中的輸入信號，解密結果的振幅分布具體表示為：

其中“*”表示復共軛，IFrT{ }代表菲涅耳變換的逆運算，即逆菲涅耳變換，由φ_k(x，y)計算得到第k+1次迭代運算中輸入面上的圖像，即：

f_k+1(x，y)＝PT{φ_k(x，y)} (5)

隨后進入下輪迭代過程，即第k+1次迭代過程；