[发明专利]一种基于柱面衍射和相位截断的非对称多图像加密方法

说明书

本发明提出一种基于柱面衍射和相位截断的多图像加密方法。该方法将四个原始图像分别由四个不同的随机相位调制，然后通过卷积运算将调制后的图像组合成一幅图像。组合后的图像在柱面衍射之后通过相位截断被编码成实值密文，并将相位部分保存为非对称解密密钥。该方法可以抵抗多种类型的攻击，并能在没有时间线性增加的情况下加密多幅图像并且高度灵活地单独解密多图像。数值仿真证明了该方法的安全性和灵活性。

技术领域

本发明涉及一种信息安全和信息光学技术领域，特别是光学多图像加密方法。

背景技术

随着信息安全领域的发展，多图像加密是近年来光学信息安全研究领域中的热点课题之一。1995年美国的B.Javidi提出的双随机相位编码技术是光学理论在信息安全领域的重大运用，但有研究表明双随机相位编码技术是线性对称密码方法，不能有效地抵抗各种攻击，因此非对称的多图像加密方法被提出。然而目前已有的非对称多图像加密方法仍然存在以下几个技术问题亟待解决：1)缺乏解密灵活性，即不能实现单独解密多图像中的指定图像；2)受到相位恢复算法攻击的威胁；3)加密时间会随着图像数量线性增加。

发明内容

本发明针对上述传统多图像加密方法存在的技术问题，提出了一种基于柱面衍射和相位截断的非对称多图像密码方法。在所提出的加密方法中，K幅原始图像分别由K个不同的随机相位调制，然后通过卷积运算将调制后的图像组合成一幅灰度图像；在柱面衍射之后通过相位截断将组合图像编码成实值密文，并将相位部分保存为非对称解密密钥。该方法包括加密和解密两个过程。

所述的K幅非对称多图像加密方法如图1所示，包括图1和图2所示，包括图1的加密过程和图2的解密过程。加密过程分三个步骤：(1)K幅输入图像f_i(x,y)|(i＝1,2,…,K)被不同的随机相位RPM_i(x,y)|(i＝1,2,…,K)调制；(2)调制后的K幅图像f_fi(x,y)|(i＝1,2,…,K)通过卷积运算组合成一幅灰色图G(m,n)；灰度图G(m,n)经过相位截断得到振幅图像E(m,n)和私钥P1(m,n)；(3)其中的振幅图像E(m,n)被相位板R(θ_r,z_r)调制后经过柱面衍射和相位截断后得到加密图Q(θ_r,z_r)和公钥P2(θ_r,z_r)。解密过程分两个步骤：(1)密文Q(θ_r,z_r)与公钥P2(θ_r,z_r)相乘后进行逆柱面衍射，得到一个复振幅；对该复振幅作相位截断操作，得到组合图像G(m,n)；(2)根据加密系统中预先生成的非对称加密私钥

将恢复得到的组合图像G(m,n)分别与私钥Pki(m,n)|(i＝1,2,…,K)相乘，并对其乘积结果做逆傅里叶变换和相位截断操作，得到解密图像f_i(x,y)|(i＝1,2,…,K)。

该方法的有益效果在于：可以在没有时间线性增加的情况下实现多图像加密，而且可以加密多达12个图像，具备一个大的加密容量。非对称加密系统具有良好的抗攻击能力，可以抵御明文攻击，选择明文攻击，迭代攻击和其他潜在攻击。解密密钥与加密密钥不同，且每幅图有属于自己的解密私钥，可以通过使用相应的私钥独立恢复任意一幅原始图像，该方法的解密过程具有极大的灵活性。此外，密文是纯振幅，也有利于记录和传输。

附图说明

附图1为本发明的加密流程图。

附图2为本发明的解密流程图。

附图3为本发明的柱面衍射的原理图。物体表面和观察表面分别是两个同心圆柱的内表面和外表面。r和R分别表示内表面和外表面的半径。因此，有两种传播模型，即从内部到外部(IOP)以及从外部到内部(OIP)的传播，如图3(a)和3(b)。

附图4本发明的实例中待加密的原图及加密图。