[發明專利]渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密系統及其方法

有效

• 申請號: 201910082387.2
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109873814B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 閆愛民;常翔宇
• 申請（專利權）人: 上海師范大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06;H04L9/30;G03H1/00
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 竺路玲

本發明渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密系統及其方法，涉及光學多圖像加密技術領域。本發明渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密系統，包括激光器，準直擴束器，分束器，隨機相位板，渦旋陣列產生器，合束器，掃描器，待加密圖像陣列，陣列探測器，光電轉換和鎖相放大器及計算機以光路方式連接。本發明渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密方法，包括：I獲得渦旋激光陣列掃描全息圖，II橢圓曲線加密，III橢圓曲線解密和IV全息圖再現等四個環節。基于渦旋光束陣列掃描全息和橢圓曲線加密算法的多圖像加密方法，具有適用范圍廣，結構簡單，攜帶方便，安全性好等優勢，為解決互聯網信息安全，特別提高建立在多圖像信息的安全性方面提供了新的技術手段。

技術領域

本發明涉及光學多圖像加密技術領域，具體指一種渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密系統及其方法。

背景技術

隨著互聯網技術的迅猛發展，通信隱私和信息泄露事件頻發，信息安全技術成為國內外學者的研究熱點，尤其是多圖像的加密技術備受關注。REFREGIER等在1995年提出了對圖像進行編碼的雙隨機相位加密方法，其基本原理是：在輸入平面和傅里葉頻譜面上各放置一塊互不相關的隨機相位板，經過兩次相位調制和傅里葉變換編碼，在輸出平面上得到統計特性隨時間平移不變的廣義平穩白噪聲圖像。隨后，多種圖像加密方法相繼被提出，如光學異或加密，相移干涉加密，聯合變換相關器加密，Gyrator變換加密，偏振加密和數字全息加密等。上述加密方法針對的只是單幅圖像，而且采用對稱加密算法，加密容量有限，安全性不高。但隨著大數據的快速增長和信息傳輸能力的不斷增強，傳統的單幅圖像數據加密傳輸已難以滿足日益增長的信息需求。

橢圓曲線加密算法(Elliptic Curve Cryptography，ECC)是一種基于橢圓曲線數學的公鑰加密算法。當前的公鑰加密主要是基于單向陷門函數，即正向計算容易，逆運算極其困難的一類函數。橢圓曲線用在密碼學中是由Neal Koblitz和Victor Miller在1985年分別獨立提出的。ECC加密的安全性正是基于數學難題——橢圓曲線的離散對數問題，得以保障。橢圓曲線加密算法一般采用Weierstrass方程，在該方程上建立一個類似于實數軸上的加法運算法則，使其滿足阿貝爾群的性質，用于對數問題的處理中。但是，實數域上的對數問題并不適用于加密。橢圓曲線加密算法一般采用Weierstrass方程，在該方程上建立一個類似于實數軸上的加法運算法則，使其滿足阿貝爾群的性質，用于對數問題的處理中。但是，實數域上的對數問題并不適用于加密。因此將其變成離散的點，成為離散對數。這樣，橢圓曲線的離散對數問題構成了單向陷門函數，因此可以用來進行公鑰加密。

發明內容

本發明的目的是針對現有信息加密技術中存在的缺陷和不足，提出一種渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密系統及其方法，是基于隨機相位調制的參考光和渦旋激光陣列干涉產生掃描光斑，經過掃描器掃描待加密圖像陣列后，由陣列探測器探測獲得加密全息圖，再經過橢圓曲線加密處理器得到加密密文；其解密過程用解密密鑰配合橢圓曲線解密處理器，得到解密全息圖，最后經全息圖的再現解密出原始圖像。

為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案：

本發明渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密系統，其特點在于，包括激光器，準直擴束器，分束器，隨機相位板，渦旋陣列產生器，合束器，掃描器，待加密圖像陣列，陣列探測器，光電轉換和鎖相放大器及計算機以光路方式連接。

本發明渦旋激光陣列掃描全息多圖像加密方法，包括I獲得渦旋激光陣列掃描全息圖，II橢圓曲線加密，III橢圓曲線解密和IV全息圖再現等四個環節，具體包括下列詳細步驟：

I.獲得渦旋激光陣列掃描全息圖：

激光器輸出光束經過準直擴束器后變為平面波，入射到分束器后分為兩路輸出光；其中，一路平面波照射到隨機相位板上，作為參考光束；另一路平面波經過渦旋陣列產生器形成渦旋激光陣列；兩路光經過合束器后，形成渦旋激光陣列干涉圖樣，通過掃描器掃描待加密圖像陣列，由陣列探測器接收到反射信號，經過光電轉換和鎖相放大器后在計算機中獲得加密全息圖。