[发明专利]涡旋激光阵列扫描全息多图像加密系统及其方法

说明书

本发明涡旋激光阵列扫描全息多图像加密系统及其方法，涉及光学多图像加密技术领域。本发明涡旋激光阵列扫描全息多图像加密系统，包括激光器，准直扩束器，分束器，随机相位板，涡旋阵列产生器，合束器，扫描器，待加密图像阵列，阵列探测器，光电转换和锁相放大器及计算机以光路方式连接。本发明涡旋激光阵列扫描全息多图像加密方法，包括：I获得涡旋激光阵列扫描全息图，II椭圆曲线加密，III椭圆曲线解密和IV全息图再现等四个环节。基于涡旋光束阵列扫描全息和椭圆曲线加密算法的多图像加密方法，具有适用范围广，结构简单，携带方便，安全性好等优势，为解决互联网信息安全，特别提高建立在多图像信息的安全性方面提供了新的技术手段。

技术领域

本发明涉及光学多图像加密技术领域，具体指一种涡旋激光阵列扫描全息多图像加密系统及其方法。

背景技术

随着互联网技术的迅猛发展，通信隐私和信息泄露事件频发，信息安全技术成为国内外学者的研究热点，尤其是多图像的加密技术备受关注。REFREGIER等在1995年提出了对图像进行编码的双随机相位加密方法，其基本原理是：在输入平面和傅里叶频谱面上各放置一块互不相关的随机相位板，经过两次相位调制和傅里叶变换编码，在输出平面上得到统计特性随时间平移不变的广义平稳白噪声图像。随后，多种图像加密方法相继被提出，如光学异或加密，相移干涉加密，联合变换相关器加密，Gyrator变换加密，偏振加密和数字全息加密等。上述加密方法针对的只是单幅图像，而且采用对称加密算法，加密容量有限，安全性不高。但随着大数据的快速增长和信息传输能力的不断增强，传统的单幅图像数据加密传输已难以满足日益增长的信息需求。

椭圆曲线加密算法(Elliptic Curve Cryptography，ECC)是一种基于椭圆曲线数学的公钥加密算法。当前的公钥加密主要是基于单向陷门函数，即正向计算容易，逆运算极其困难的一类函数。椭圆曲线用在密码学中是由Neal Koblitz和Victor Miller在1985年分别独立提出的。ECC加密的安全性正是基于数学难题——椭圆曲线的离散对数问题，得以保障。椭圆曲线加密算法一般采用Weierstrass方程，在该方程上建立一个类似于实数轴上的加法运算法则，使其满足阿贝尔群的性质，用于对数问题的处理中。但是，实数域上的对数问题并不适用于加密。椭圆曲线加密算法一般采用Weierstrass方程，在该方程上建立一个类似于实数轴上的加法运算法则，使其满足阿贝尔群的性质，用于对数问题的处理中。但是，实数域上的对数问题并不适用于加密。因此将其变成离散的点，成为离散对数。这样，椭圆曲线的离散对数问题构成了单向陷门函数，因此可以用来进行公钥加密。

发明内容

本发明的目的是针对现有信息加密技术中存在的缺陷和不足，提出一种涡旋激光阵列扫描全息多图像加密系统及其方法，是基于随机相位调制的参考光和涡旋激光阵列干涉产生扫描光斑，经过扫描器扫描待加密图像阵列后，由阵列探测器探测获得加密全息图，再经过椭圆曲线加密处理器得到加密密文；其解密过程用解密密钥配合椭圆曲线解密处理器，得到解密全息图，最后经全息图的再现解密出原始图像。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明涡旋激光阵列扫描全息多图像加密系统，其特点在于，包括激光器，准直扩束器，分束器，随机相位板，涡旋阵列产生器，合束器，扫描器，待加密图像阵列，阵列探测器，光电转换和锁相放大器及计算机以光路方式连接。

本发明涡旋激光阵列扫描全息多图像加密方法，包括I获得涡旋激光阵列扫描全息图，II椭圆曲线加密，III椭圆曲线解密和IV全息图再现等四个环节，具体包括下列详细步骤：

I.获得涡旋激光阵列扫描全息图：

激光器输出光束经过准直扩束器后变为平面波，入射到分束器后分为两路输出光；其中，一路平面波照射到随机相位板上，作为参考光束；另一路平面波经过涡旋阵列产生器形成涡旋激光阵列；两路光经过合束器后，形成涡旋激光阵列干涉图样，通过扫描器扫描待加密图像阵列，由阵列探测器接收到反射信号，经过光电转换和锁相放大器后在计算机中获得加密全息图。