非對稱光學圖像加密及其安全性研究.pdf

1、如今，網(wǎng)絡多媒體技術得到飛速的發(fā)展，在信息的獲取和使用更加便捷的同時，信息安全正在受到嚴峻的挑戰(zhàn)。相比傳統(tǒng)的計算機圖像處理，光學在處理二維復雜圖像方面有著并行處理速度快的固有優(yōu)勢，所以光學圖像加密技術有著非常吸引人的前景，越來越多的研究人員投入到這一領域中來。經(jīng)過多年的發(fā)展，光學圖像加密技術研究成果非常顯著，多種光學圖像加密方案被提了出來。雙隨機相位編碼的方法可以利用兩個隨機相位板使明文信息變?yōu)槠椒€(wěn)白噪聲，但是其固有的線性性質(zhì)很容易被攻

2、擊者利用，從而引起信息的泄漏。相位截斷傅里葉變換加密系統(tǒng)由于其非線性性質(zhì)和非對稱性得到了學術界的廣泛關注，隨后又不斷衍生出各種非線性加密系統(tǒng)。本文圍繞非線性加密系統(tǒng)的安全性展開討論，進一步分析非線性加密系統(tǒng)的特點，以增強光學圖像加密的安全性。
　　首先，本文對傅里葉變換的概念進行了回顧，介紹了傅里葉變換如何利用透鏡在光路中實現(xiàn)，以及光波透過透鏡時如何對相位進行調(diào)制。雙隨機相位編碼技術在光學圖像加密領域有著廣泛的研究，并且取得了一批

3、很有意義的成果，因此我們對其做了簡單的介紹。基于截斷傅里葉變換的光學圖像加密系統(tǒng)是一種典型的非對稱加密系統(tǒng)，相比對稱加密系統(tǒng)而言，一些常用的攻擊手段無法攻擊出原始圖像的信息，安全性有了一定的提高，論文就圍繞這種非對稱加密算法的安全性做了重點的研究。
　　然后，我們分析了截斷傅里葉變換非對稱加密系統(tǒng)的安全性，在一種基于迭代傅里葉變換算法的攻擊下，其加密系統(tǒng)的安全性存在一定的隱患。在加密系統(tǒng)的傅里葉域加入一塊振幅板調(diào)制，可以使加密系統(tǒng)

4、的安全性得到一定程度的提升，但發(fā)現(xiàn)在一種新的迭代傅里葉變換攻擊算法攻擊下中依然很脆弱。采用不同的變量并對其進行模擬，分析表明，振幅調(diào)制作用于加密系統(tǒng)使某一像素的周圍像素值擴大或縮小超過10倍以上時，圖像像素之間的關聯(lián)性得到破壞，原始圖像就很難被攻擊出來。
　　其次，我們提出了一種改進的振幅-相位恢復算法攻擊非線性雙圖像加密系統(tǒng)。把公鑰和密文當作約束條件，經(jīng)過不同的迭代過程，可以分別恢復兩幅原始圖像。結(jié)果顯示，非線性雙圖像加密系統(tǒng)比

5、單圖像加密系統(tǒng)有更好的安全性，恢復出來的圖像與原始圖像相比有較大的誤差。但是，非線性雙圖像加密系統(tǒng)的一個顯著特點是密鑰數(shù)量增加了，從而增加了密鑰管理和分配的風險。假設有一個私鑰被攻擊者截獲，截獲的私鑰結(jié)合我們提出的振幅-相位恢復算法，圖像的辨識度相比之前有很大的提高。
　　最后，提出了一種基于非等模分解及雙光束相干疊加的光學圖像加密系統(tǒng)。不同于以往的等模分解或單位矢量分解，這里采用普通矢量分解的方法來實現(xiàn)加密過程。在該方法中，原始