[发明专利]基于稀疏双随机相位加密和QR码的认证方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及信息安全技术领域，特别是图像的安全认证方法，适用于图像的加密和认证。

【背景技术】

随着信息技术的不断发展，信息安全问题也日显突出。如何确保信息系统的安全已成为全社会关注的问题，它也成为信息科学的热点课题。基于光学理论和方法的信息加密技术是近些年逐步发展起来的新一代的信息安全处理技术。1995年，美国Connecticut大学的学者P.Refregier和B.Javidi提出了一种基于“双随机相位编码”的光学图像加密技术，它的提出引起了世界各国光学信息安全领域科研人员的极大关注。利用双随机相位加密技术对图像进行光学加密后，通过光子成像或者计算机数字技术对光学加密结果进行稀疏化处理，生成的稀疏加密图像可用于信息的安全认证。这种基于稀疏双随机相位加密的认证方法结合了光学加密和图像认证两种方式，安全性极高。

QR码的“QR”是Quick Response的缩写，即快速反应的意思。QR码能够对文字、URL地址和其他类型的数据进行加密。它具有信息容量大、可靠性高、保密防伪性强以及快速读取等优点。相位恢复算法则是一种通过可测量的光场强度确定光场相位分布的方法，它已被广泛应用在电子显微镜、波前再现、面形检测等领域。QR码和相位恢复算法目前都已经成功地运用于图像加密领域，它们在基于稀疏双随机相位加密的认证方法中的应用将降低光学加密系统的复杂性并提升认证过程的安全性。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是提供基于稀疏双随机相位加密和QR码的认证方法。

解决上述技术问题采用如下技术措施：基于稀疏双随机相位加密和QR码的认证方法按如下步骤进行：

(1)加密：

(i)Q(x，y)代表光学加密时作为加密密钥和认证时作为认证密钥的QR码，f(x，y)代表待加密并用于认证的原始图像，利用菲涅耳域双随机相位加密系统对f(x，y)进行加密，r₁(x，y)和r₂(x′，y′)是双随机相位加密系统中的两块随机相位板，分别表示成exp[2πa(x，y)]和exp[2πb(x′，y′)]，其中a(x，y)、b(x′，y′)代表两个统计无关且在区间[0，1]上具有均匀概率分布的随机矩阵，(x，y)和(x′，y′)分别表示输入平面和菲涅耳衍射平面的坐标，加密时图像f(x，y)和加密密钥Q(x，y)相乘，它们的乘积与r₁(x，y)相乘后作一次波长为λ，距离为d₁的菲涅耳变换，得到的结果与r₂(x′，y′)相乘后再作一次波长为λ，距离为d₂的菲涅耳变换，对变换后的结果取振幅后得到密文C(x″，y″)，即：

其中PT{ }代表取振幅操作，即除去复振幅的相位信息，只保留振幅部分的信息，FrT{ }代表菲涅耳变换，(x″，y″)表示菲涅耳域双随机相位加密系统输出平面的坐标；

(ii)利用相位恢复算法计算菲涅耳域双随机相位加密系统输出面上相位的近似分布，设总的迭代次数为某一正整数K，在第k次(k≤K)迭代运算过程中，系统输入面上的图像为f_k(x，y)，则其所对应的输出面上的加密结果为：

其中，当k＝1时，初始输入信号f₁(x，y)是一元素值均为1的矩阵，由式(2)得到的加密结果C_k(x″，y″)的相位信息可表示为：

q_k(x″，y″)＝PR{C_k(x″，y″)} (3)

其中PR{ }表示相位保留操作，即除去复振幅的振幅信息，只保留相位部分的信息，接着，式(3)得到的q_k(x″，y″)与密文C(x″，y″)相乘，其乘积作为双随机相位加密系统解密过程中的输入信号，解密结果的振幅分布具体表示为：

其中“*”表示复共轭，IFrT{ }代表菲涅耳变换的逆运算，即逆菲涅耳变换，由φ_k(x，y)计算得到第k+1次迭代运算中输入面上的图像，即：

f_k+1(x，y)＝PT{φ_k(x，y)} (5)

随后进入下轮迭代过程，即第k+1次迭代过程；