[发明专利]基于相位恢复和椭圆曲线数字签名算法的图像认证方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于相位恢复算法和椭圆曲线数字签名算法的图像认证方法，属于信息安全技术领域。

背景技术

近年来，基于光学信息处理的图像加密技术引起人们的广泛关注。由于光学信息处理技术所具备的并行数据处理能力、多维的编码自由度以及巨大的密钥空间等天然优势，被各国学者认为是新一代的信息安全技术。

作为一种典型的光学信息处理技术——相位恢复技术，已经成为一个很重要的研究领域，它是一种解决“逆问题”的重要技术。随着研究的不断深入，其设计思想已经被广泛的应用于其他领域，譬如，在光学信息安全中就有着广泛应用。

目前报道的很多基于迭代相位恢复算法的光学信息安全系统存在碰撞现象。所谓碰撞，在信息安全领域，它表示两个或多个不同的“输入”得到两个相同或者难以辨别的“输出”，对于信息安全系统而言，这是一种安全漏洞或缺陷。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于相位恢复和椭圆曲线数字签名算法的图像认证方法，该方法将菲涅尔域的迭代双相位恢复算法和椭圆曲线数字签名算法相结合，避免了基于菲涅尔衍射图像加密系统的碰撞问题，且采用图像匹配和签名认证双重认证方式，大大提高了安全性。

本发明的基于相位恢复和椭圆曲线数字签名算法的图像认证方法，包括认证信息生成和安全认证两个过程：

认证信息生成过程是，认证中心生成并公布椭圆曲线公钥密码系统参数，授权用户选取私钥并生成公钥，用椭圆曲线数字签名算法对身份标识(ID)签名，将签名编码为二维码，基于相位恢复算法对认证图像和加噪处理后的二维码进行迭代编码，得到两个相位密钥，并将认证图像、椭圆曲线数字签名算法中的公钥（即授权用户生成的公钥）以及身份标识的密钥相关的哈希运算消息认证码(ID_HMAC)发给认证中心并存入认证中心数据库；

安全认证过程是，基于菲涅尔衍射根据用户端输入的两个相位密钥得到一幅输出图像，并将输出图像振幅与认证中心数据库中的认证图像进行匹配，对相位解码并验证签名，确认用户端的用户权限。

所述认证信息生成过程，具体包括以下步骤：

（1)认证中心生成并公布椭圆曲线公钥密码系统参数(E_p(a,b),G,n)，其中p是指定有限域Z_p的大质数，a、b为椭圆曲线y²≡x³+ax+b(modp)的系数，G是椭圆曲线上的点的循环子群的基点，n是点G的阶；

（2)授权A端（用户端）选取[1，n-1]之间的整数d作为私钥，并计算公钥Q=dG；

（3)A端计算身份标识(ID)的密钥相关的哈希运算消息认证码ID_HMAC=HMAC-SHA-1(ID|d)；

（4)A端用椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)对身份标识签名得到签名(r,s)，椭圆曲线数字签名算法中的hash函数为HMAC-SHA-1；

（5)A端对签名(r,s)编码得到其二维码；

（6)A端通过菲涅尔域的迭代相位恢复算法对认证图像（作为振幅信息）和加噪处理后的二维码（作为相位信息）进行编码得到两个相位密钥ψ₁，ψ₂；

（7)A端上传认证图像、ID_HMAC和公钥Q到认证中心数据库。

所述安全认证过程，具体包括以下步骤：

（1)认证中心基于菲涅尔衍射，根据A端（用户端）输入的两个相位密钥得到一幅输出图像；

（2)认证中心将输出图像振幅与数据库中的认证图像进行匹配，如果输出图像振幅与数据库中的某个标准认证图像之间的相关系数足够高或者高于事先设定的阈值，就视为第一层认证通过，否则认证失败；

（3)若第一层认证通过(输出图像振幅与数据库中的某个认证图像匹配)，认证中心对输出图像相位滤波并解码得到签名(r,s)，若解码失败，则认证不通过；

（4)认证中心从数据库中提取认证图像对应的ID_HMAC和公钥Q，用椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)对签名(r,s)进行认证，若签名认证成功，则认证通过，否则认证失败；

只有同时使步骤（2)的第一层认证通过、步骤（3)的得到签名和（4)的签名认证成功都得到满足时，用户A的身份才能认证通过，否则认证失败。