基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密與解密方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密與解密方法，加密方法為：沿光路依次設(shè)置至少一條光路，每條光路依次設(shè)置空間光調(diào)制器(SLM)、待加密圖像、凸透鏡，使各條光路會(huì)聚于一個(gè)桶探測器；控制SLM產(chǎn)生不同的隨機(jī)相位板，獲得所有探測數(shù)據(jù)，通過計(jì)算并用公鑰加密算法進(jìn)行加密，得到密文。解密方法為：接收密文和隨機(jī)相位板信息，通過私鑰將密文解密，獲得數(shù)據(jù)；求隨機(jī)相位板在其菲涅耳域的光強(qiáng)信息，將包含所有明文信息的數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)圖像的光強(qiáng)信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，計(jì)算以解密。本發(fā)明的方法簡化了光學(xué)系統(tǒng)，可以對(duì)任意幅圖像同時(shí)加密，多幅圖像之間不會(huì)產(chǎn)生相互串?dāng)_，加密圖像的數(shù)量不影響解密圖像的清晰度。
【專利說明】基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密與解密方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密、解密方法，屬于光學(xué)信息 安全領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的不斷提高以及現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展， 完全依賴于密碼學(xué)和電子信息系統(tǒng)的傳統(tǒng)信息安全技術(shù)面臨日益嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。然而與之 相比，基于光學(xué)理論和方法的信息安全技術(shù)具有快速并行數(shù)據(jù)處理能力，多維度（振幅，相 位，偏振，波長），大容量，高魯棒性，大密鑰空間等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得越來越多的科研人員將目 光投向了光學(xué)信息安全這一新興領(lǐng)域。
[0003] 在眾多信息中，圖像由于易于復(fù)制且需要大量收發(fā)，其傳輸?shù)陌踩院痛鎯?chǔ)的高 效性成為信息安全領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，近年來受到廣泛關(guān)注。為了更安全有效地處理和 傳輸圖像數(shù)據(jù)，基于復(fù)用技術(shù)的多圖像光學(xué)加密方法應(yīng)運(yùn)而生。2005年Situ等提出了基 于雙隨機(jī)相位編碼的波長復(fù)用和距離復(fù)用多圖像加密技術(shù)；Meng等隨后提出了基于相位 復(fù)用和參數(shù)復(fù)用的加密技術(shù)。然而上述方案均存在同一缺陷，即可同時(shí)加密的圖像數(shù)量有 限；并且基于距離復(fù)用的方案，均需要對(duì)多幅圖像分別進(jìn)行雙隨機(jī)相位編碼或相移干涉加 密，然后才能進(jìn)行圖像合成。因此，這類算法操作時(shí)間較長，效率較低，也容易增大出錯(cuò)的概 率。針對(duì)這一問題，Xiao等人提出了基于相位恢復(fù)算法的多圖像加密技術(shù)，可同時(shí)加密的 圖像數(shù)量為無窮大且相互之間不會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_，然而該方法需傳輸?shù)拿荑€量會(huì)隨著加密圖像 數(shù)量的增加而增加，這嚴(yán)重影響了信息的傳輸效率和安全性。因此，有必要研究一種實(shí)時(shí)高 效的光學(xué)多圖像加密技術(shù)，解決目前此類技術(shù)中加密容量與需傳輸?shù)拿荑€量之間的矛盾， 提高信息的交互、存儲(chǔ)和處理效率。
[0004] 鬼成像，也被稱為關(guān)聯(lián)成像，是近年來光學(xué)成像領(lǐng)域研究的前沿和熱點(diǎn)之一，它解 決了一些在傳統(tǒng)成像方案中使用常規(guī)成像技術(shù)不能解決的問題。該成像技術(shù)在沒有物體的 參考光路中，能夠獲得物體的清晰像，因此被稱為鬼成像。目前已有人將鬼成像應(yīng)用于圖像 加密，如利用計(jì)算鬼成像，Pere等實(shí)現(xiàn)了單幅圖像光學(xué)加密；Mehrdad等提出了對(duì)于灰度圖 像和彩色圖像的加密方法；Chen等提出了利用相位恢復(fù)算法產(chǎn)生三維密鑰，從而進(jìn)行圖像 加密的方法。但是，目前基于鬼成像的圖像加密技術(shù)都是針對(duì)單幅圖像的加密，而對(duì)于多圖 像加密技術(shù)的研究則相當(dāng)匱乏。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密與解密方法，用以 填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的空白。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0007] 基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密方法，步驟如下：
[0008] 1)沿光路依次設(shè)置至少一條光路，每條光路依次設(shè)置空間光調(diào)制器（SLM)、待加 密圖像、凸透鏡，使各條光路會(huì)聚于一個(gè)桶探測器；
[0009] 2)控制空間光調(diào)制器（SLM)產(chǎn)生隨機(jī)相位板，在其菲涅耳域產(chǎn)生隨機(jī)的光強(qiáng)分布

【權(quán)利要求】
1. 基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密方法，其特征在于，步驟如下： 1) 沿光路依次設(shè)置至少一條光路，每條光路依次設(shè)置空間光調(diào)制器（SLM)、待加密圖 像、凸透鏡，使各條光路會(huì)聚于一個(gè)桶探測器； 2) 控制空間光調(diào)制器（SLM)產(chǎn)生隨機(jī)相位板，在其菲涅耳域產(chǎn)生隨機(jī)的光強(qiáng)分布 k，I&，…，U然后分別對(duì)所述待加密圖像f\，f2，…，fN進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)桶探測器測量得到數(shù) 據(jù)D r ; 3) 控制空間光調(diào)制器（SLM)產(chǎn)生不同的隨機(jī)相位板，重復(fù)步驟2)，通過桶探測器獲得 所有探測數(shù)據(jù){Dj ;n = 1，2,…，N，r = 1，2,…，M，N為待加密圖像數(shù)量，M為重復(fù)步驟2) 的次數(shù)； 4) 計(jì)算4 = D^〈D>，其中<D>為所有探測數(shù)據(jù){DJ的均值； 5) 用公鑰加密算法對(duì){BJ進(jìn)行加密，得到密文{CJ。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密方法，其特征在于，
?表示卷積運(yùn)算，h(x，y，z)為菲涅耳衍射變換的核函數(shù)，L為衍射距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鬼成像和公鑰密碼的多圖像加密方法，其特征在于，所 述公鑰加密算法為RSA算法。
4. 如權(quán)利要求1所述加密方法的解密方法，其特征在于，步驟如下： 1) 接收密文ICJ和隨機(jī)相位板P1,, P2,，…，Pn,信息，通過私鑰將密文解密，獲得數(shù)據(jù) IBJ ; 2) 求隨機(jī)相位板Pm P&，…，在其菲涅耳域的光強(qiáng)信息L，，…，1_，將包含所有明 文信息的數(shù)據(jù){BJ與對(duì)應(yīng)圖像的光強(qiáng)信息4進(jìn)行關(guān)聯(lián)，計(jì)算獲得4。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的解密方法，其特征在于，將獲得的數(shù)據(jù){BJ與隨機(jī)相位板 Pm P&，…，P1^在其菲涅耳域的光強(qiáng)信息…，分別進(jìn)行關(guān)聯(lián)成像，逐一解密，獲得
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的解密方法，其特征在于，通過計(jì)算機(jī)計(jì)算獲得所述光強(qiáng)信息 (Ilr，工21：， ，工財(cái)）。
【文檔編號(hào)】H04N1/32GK104284054SQ201410380859
【公開日】2015年1月14日 申請(qǐng)日期:2014年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月5日
【發(fā)明者】袁勝, 劉明堂, 劉雪梅, 楊陽蕊, 段美霞 申請(qǐng)人:華北水利水電大學(xué)