基于随机相位的光学加密及身份验证技术

论文摘要

近年来图像加密技术的研究越来越引起人们的关注,并且已经在很多方面取得很大的进步,涌现出很多有效的图像加密技术。由于光学信息处理的并行性和快速性以及能够提供多种加密维数,运用光学方法对图像进行加密也成为人们研究的热点。在这些研究中,双随机相位加密技术因其较高的安全性能而得到国内外学者的广泛关注。本文首先概述了在数据安全系统中光学技术的应用,讨论了实现安全认证的光学方法,回顾了双随机相位的光学图像加密技术在国内外的研究进展,其次对它的一些改进方案的特点作了详细介绍,并进行了计算机的仿真验证。本文在深入研究光学验证和加密系统的基础上,对传统联合变换相关器验证系统进行了改进,并设计了彩色图像的光学验证和加密方案,主要包括:(1)分析研究了基于联合变换相关器的光学验证系统,详细讨论了基于POCS算法的随机相位验证技术的实现,并进行了仿真验证。在此基础上对联合变换相关器验证系统进行了改进,实现了基于JTC非对称图像的验证。(2)设计了基于菲涅尔域的彩色图像的光学验证系统,应用相位恢复算法,实现了彩色图像的光学验证,通过计算机仿真和理论分析,验证了此方案的可行性。(3)针对现有光学加密系统的对称性给系统安全性能所带来的隐患,在菲涅尔加密系统的基础上,不增加系统元件的情况下,把图像置乱技术引入光学加密,并采用纯相位菲涅尔域加密系统,实现了彩色图像光学加密技术。此方案增大了密钥空间,引入非线性变换,相应提高了系统的安全性,最后通过计算机仿真,验证了系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 光学图像加密的研究概况
• 1.2 课题研究意义和目的
• 1.3 论文的基本结构和内容
• 2 光学图像处理的理论基础及主要系统
• 2.1 引言
• 2.2 光学标量衍射理论
• 2.2.1 光学标量衍射理论
• 2.2.2 基于DOE的基尔霍夫衍射积分模型
• 2.3 透镜的傅里叶变换作用
• 2.3.1 二维傅里叶变换的定义
• 2.3.2 实现二维傅里叶变换的光学系统
• 2.4 4f光学信息处理系统
• 2.5 基于4f系统的双随机相位加密技术
• 2.5.1 双随机相位加密原理
• 2.5.2 计算机模拟与安全性分析
• 2.6 随机相位加密技术的几种改进方案
• 2.6.1 基于菲涅耳域的光学图像加密系统
• 2.6.2 联合变换相关器加密系统
• 2.6.3 基于数字全息的加密系统
• 2.6.4 基于数字水印的光学加密系统
• 2.6.5 基于二次相位的加密系统
• 2.6.6 基于纯相位的加密系统
• 2.6.7 基于像素置乱的光学加密
• 2.7 本章小结
• 3 基于联合变换相关器的光学验证系统
• 3.1 联合变换相关器
• 3.1.1 联合变换相关器的基本原理
• 3.1.2 联合变换相关器的平移不变性
• 3.2 基于联合变换相关器的验证系统
• 3.2.1 传统JTC实现系统
• 3.2.2 验证算法简介
• 3.2.3 计算机仿真与分析
• 3.2.4 非对称JTC验证系统
• 3.3 基于联合变换相关器验证系统的改进
• 3.3.1 系统的改进
• 3.3.2 计算机仿真与分析
• 3.4 本章小结
• 4 彩色图像光学验证系统
• 4.1 彩色图像的分解与合成
• 4.2 算法原理描述及实现系统
• 4.2.1 菲涅尔域验证的原理
• 4.2.2 算法介绍
• 4.2.3 实现系统
• 4.3 仿真结果分析及安全性讨论
• 4.4 本章小结
• 5 彩色图像光学加密
• 5.1 基于菲涅尔域的彩色图像的加密算法原理
• 5.1.1 彩色图像的分解变换
• 5.1.2 光学加密算法
• 5.2 彩色图像加密的仿真结果及安全度的分析
• 5.3 彩色图像加密的鲁棒性分析
• 5.4 加密方案存在的问题及展望
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢