[发明专利]基于行复用压缩鬼成像和超平面密钥分享的图像认证方法

说明书

一种基于行复用压缩鬼成像和超平面密钥分享的图像认证方法，包括密钥分享和安全认证两个过程，认证中心依次生成或选择认证图像和测量密钥，对认证图像进行稀疏化与置乱操作，得到物面图像；将物面图像采用改进的行复用压缩鬼成像方案进行压缩成像，得到密文图像；将测量密钥基于超平面密钥分享方案生成系列子密钥；子密钥被分发到授权认证者，同时销毁测量密钥；认证者向认证中心提交密钥，认证中心可以根据认证者数量判断认证强弱，对认证者赋予不同的认证权限。该发明提高了压缩鬼成像的测量速度，减少了密钥冗余，提高了重构速度，并提供了多用户强弱两级认证，增强了系统安全性。

技术领域

本发明涉及一种基于行复用压缩鬼成像和超平面密钥分享算法的图像认证方法，属于信息安全技术领域。

背景技术

20世纪90年代以来，随着数字光学技术的发展，由于光学信息处理的并行处理能力、多维编码能力等天然优势，基于数字光学的信息处理技术引起了各国学者的广泛研究，被认为是新一代的信息处理技术；相应地在信息安全领域，也发展了一系列的光学信息安全算法与方案，并在业界引起了大范围的研究热潮。

而在光学信息处理中，光学压缩成像伴随着压缩感知理念的提出，引起了信息光学、光学探测、计算成像、图像处理等领域的广泛研究与应用。另外由于压缩感知在光学架构上容易实现，可以实现压缩编码等优势，也被引入了光学信息安全领域并获得了广泛的研究。

但是目前报道的很多基于压缩鬼成像的信息安全系统，只使用一个单像素相机成像，并不能真正发挥光学并行计算的优势，而且一次测量一个光强信息，不论在探测时间、计算复杂度上、密钥冗余度上都具有一定的劣势。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于行复用压缩鬼成像和超平面密钥分享的图像认证方法，该方法结合压缩鬼成像与超平面密钥分享算法，通过改进的压缩鬼成像光学实现方案，采用行复用与线性阵列探测器成像的方法，实现了压缩鬼成像的并行探测；通过适合光学加密的超平面门限密钥分享算法，实现了同一密钥的多分享、强弱两级认证方案，大大提高了传统光学认证系统的安全性，减少了实现难度。

本发明的基于行复用压缩鬼成像和超平面密钥分享的图像认证方法，包括密钥分享和安全认证两个过程：

密钥分享过程：认证中心随机生成或筛选一幅图像，该幅图像作为认证图像用于压缩感知的测量密钥和认证；将认证图像依次进行稀疏化和置乱操作，并利用生成的测量矩阵对置乱后的图像进行压缩成像，得到光强矩阵，作为密文；按照超平面密钥分享算法，将测量密钥看作超平面一点，任意过该点的子平面为一子密钥，将测量密钥按照认证者的数目，分解为若干个子密钥，并将若干个子密钥分发给相应的认证者；

安全认证过程：持有密钥的认证者向认证中心认证端提交密钥，认证过程包含强弱两个过程；当且仅当参与认证的认证者数目大于等于超平面密钥分享算法中超平面维度数时，才能完全恢复认证图像实现强认证；当参与认证的认证者数目小于超平面维度数时，不能完全恢复认证图像，这时每个认证者只能分别进行弱认证。

所述密钥分享过程，具体包括以下步骤：

(1)认证中心生成或筛选认证图像G，对其进行小波变换稀疏化并置乱，得到用于压缩成像的物面图像O；

(2)认证中心采用随机算法生成适用于压缩感知的测量矩阵，作为测量密钥，记为MK；

(3)利用测量密钥MK对物面图像O进行行复用压缩鬼成像，得到对应的测量矩阵，即认证系统的密文，记为C，密文留存认证中心；

(4)根据超平面密钥分享算法，将测量密钥MK分解为T维平面的若干点，T为超平面维度，根据强认证最少密钥数目确定(T与强认证密钥数目一致)，任意过这些点的子平面看做一子密钥，将测量密钥按照认证者的数目，分解生成对应的若干份子密钥，子密钥记为SK；

(5)将得到的子密钥分别分发给经过准许的认证者；