[發(fā)明專(zhuān)利]基于柱面衍射域和相位截?cái)嗟姆菍?duì)稱(chēng)圖像加密和認(rèn)證方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911271130.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111182170B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁湘陵;黃艷明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖南科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04N1/32
• 分類(lèi)號(hào): H04N1/32
• 代理公司: 深圳市興科達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀

本發(fā)明提供一種基于柱面衍射域和相位截?cái)嗟姆菍?duì)稱(chēng)圖像加密和認(rèn)證方法，包括如下步驟：將待加密的明文圖像采用隨機(jī)相位掩模調(diào)制和由內(nèi)到外柱面衍射，再經(jīng)過(guò)稀疏采樣，獲得稀疏采樣譜；使用相位截?cái)啾Ａ舨僮鲗⑾∈璨蓸幼V分解成相位解密秘鑰和實(shí)值振幅密文；結(jié)合相位解密秘鑰和實(shí)值振幅密文，重構(gòu)稀疏采樣譜；將稀疏采樣譜通過(guò)由外到內(nèi)的逆柱面衍射，得到逆衍射譜，再通過(guò)隨機(jī)相位掩模的共軛調(diào)制，得到解密結(jié)果；采用非線性相關(guān)認(rèn)證解密結(jié)果與輸入的明文圖像，若解密結(jié)果與明文圖像相關(guān)，則非線性相關(guān)分布出現(xiàn)唯一的高峰值；若解密圖像與輸入明文圖像不相關(guān)，則非線性相關(guān)呈現(xiàn)類(lèi)噪聲效果且無(wú)高峰值。本發(fā)明提供的方法能克服稀疏采樣高比例下的輪廓和信息泄露問(wèn)題。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及多媒體信息安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于柱面衍射域和相位截?cái)嗟姆菍?duì)稱(chēng)圖像加密和認(rèn)證方法。

【背景技術(shù)】

自從經(jīng)典雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)(Double Random-Phase Encoding，DRPE)在1995年被Refregier和Javidi提出以來(lái)，傅里葉光學(xué)理論在信息安全領(lǐng)域得到廣泛的研究和深入的應(yīng)用。有很多擴(kuò)展的編碼技術(shù)通過(guò)融合雙隨機(jī)相位編碼和菲涅爾變換、分?jǐn)?shù)隨機(jī)變換等來(lái)增強(qiáng)其安全性。DRPE以及它的擴(kuò)展編碼技術(shù)由于DRPE內(nèi)在的對(duì)稱(chēng)性和線性特性而不能抵御傳統(tǒng)攻擊，例如已知明文攻擊、選擇明文攻擊和選擇秘鑰攻擊。

相關(guān)技術(shù)中，為克服對(duì)稱(chēng)性和線性特性，一個(gè)整合DRPE和光子計(jì)數(shù)成像(photo-counting imaging)的非對(duì)稱(chēng)圖像加密和認(rèn)證方法被提出。在這個(gè)方法中，稀疏表示應(yīng)用到加密圖像使得解密圖像中無(wú)法通過(guò)肉眼直接感知明文圖像的任何感知信息，必須使用非線性相關(guān)(nonlinear correlation)才能實(shí)現(xiàn)圖像認(rèn)證。但是，稀疏表示的比例必須嚴(yán)格控制才能保證不遭受內(nèi)在的可感知輪廓問(wèn)題(silhouette problem)和避免出現(xiàn)信息泄露問(wèn)題。同時(shí)，該方法還存在復(fù)值輸出問(wèn)題，不方便傳輸和存儲(chǔ)。此外，該方法還對(duì)基于迭代相位恢復(fù)的特殊攻擊具有脆弱性。

因此，針對(duì)這兩類(lèi)亟待解決的問(wèn)題提出一種基于柱面衍射域和相位截?cái)嗟姆菍?duì)稱(chēng)圖像加密和認(rèn)證方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是克服裝上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種能夠獲得更加高效和安全的圖像認(rèn)證結(jié)果的基于柱面衍射域和相位截?cái)嗟姆菍?duì)稱(chēng)圖像加密和認(rèn)證方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于柱面衍射域和相位截?cái)嗟姆菍?duì)稱(chēng)圖像加密和認(rèn)證方法，包括如下步驟：

S1：將待加密的明文圖像采用隨機(jī)相位掩模調(diào)制和由內(nèi)到外柱面衍射，再經(jīng)過(guò)稀疏采樣，獲得稀疏采樣譜；

S2：使用相位截?cái)啾Ａ舨僮鲗⑺鱿∈璨蓸幼V分解成相位解密秘鑰和實(shí)值振幅密文；

S3：結(jié)合所述相位解密秘鑰和所述實(shí)值振幅密文，重構(gòu)所述稀疏采樣譜；

S4：將所述稀疏采樣譜通過(guò)由外到內(nèi)的逆柱面衍射，得到逆衍射譜，再通過(guò)所述隨機(jī)相位掩模的共軛調(diào)制，得到解密結(jié)果；

S5：采用非線性相關(guān)認(rèn)證所述解密結(jié)果與所述明文圖像，若解密結(jié)果與所述明文圖像相關(guān)，則非線性相關(guān)分布出現(xiàn)唯一的高峰值；若解密結(jié)果與所述明文圖像不相關(guān)，則非線性相關(guān)呈現(xiàn)類(lèi)噪聲效果且無(wú)高峰值。

優(yōu)選的，所述步驟S1具體為：

將待加密的輸入圖像定位在半徑為R_o的柱體內(nèi)表面，采用隨機(jī)均勻分布在[0,1]內(nèi)的隨機(jī)相位掩模RPM調(diào)制，并將調(diào)制結(jié)果使用由內(nèi)到外衍射模式傳播到半徑為R_i的柱體外表面，得到柱面衍射譜，所述柱面衍射譜的計(jì)算公式為：