[发明专利]一种基于混沌映射的虚拟光学加密方法

摘要

本发明公开了一种基于混沌映射的虚拟光学加密方法，通过时空混沌映射生成密钥参数中的随机模板，提高系统的安全性，构成基于虚拟光学系统的信息加密方法，属于信息安全技术领域，是一种非数学类的加密解密技术。本发明针对虚拟光学加密系统中最重要的随机模板生成问题，提出采用基于时空映射的方法，生成统计性能好的随机模板，结合虚拟光学加密系统中的其他密钥参数，通过计算明文和随机模板的离散菲涅耳变换，以及透镜的复振幅透过率函数的离散，得到加密密文，再通过逆菲涅耳变换计算得到解密的明文。

主权项

1.一种基于混沌映射的虚拟光学加密方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、生成密钥参数中的随机模板(U_m)作为加密密钥参数之一，具体如下：对选定的参数(init，w，α)，产生一个二维的、大小等同于待加密的信息平面的时空混沌序列U_m：x0i=fLogistic(init,w)xn+1i=(1-ϵ)fTent(xni,α)+ϵ2[fTent(xni-1,α)+fTent(xni+1,α)]]]>其中，f_Logistic表示Logistic混沌映射，用于产生系统驱动序列，即0时刻各格子的初始值；init、w分别是混沌驱动Logistic映射的初始值和控制参数；f_Tent表示帐篷混沌映射，为系统局部状态演化方程；表示第i个格子在n时刻的状态，i＝1，2，…，M，M为待加密的信息平面矩阵的行数，n＝1，2，…，N，N为待加密的信息平面矩阵的列数；α是帐篷映射的控制参数；Logistic混沌映射函数为：x_n+1＝wx_n(1-x_n)，x_n∈[0，1]，w∈[0，4]；步骤二、计算明文的离散菲涅耳变换：由密钥参数(d₀，λ)计算出信息平面U₀到透镜前表面的离散菲涅耳变换DFD[U₀(k，l)，λ，d₀]：U1(m,n)=DFD[U0(k,l),λ,d0]]]>=1jλd0exp(j2πd0λ)exp[jπλd0(m2Δϵ2+n2Δη2)]×]]>Σk=0N-1Σl=0N-1U0(k,l)exp[jπλd0(k2Δx2+l2Δy2)]×exp[-j2π(mkN+nlN)]]]>其中，j为复数，Δε、Δη分别是透镜前表面复振幅在x方向和y方向上的采样步长；Δx、Δy分别是透镜信息平面复振幅在x方向和y方向上的采样步长；d₀是信息平面到成像透镜前表面的距离，λ为波长，步长下标k，l，m，n＝0，1，...，N-1；由密钥参数(λ，f)，采用同样的离散处理方法对透镜的复振幅透过率函数t进行离散计算，得到其离散形式：t(m,n,λ,f)=exp[-jπλf(m2Δϵ2+n2Δη2)],]]>其中f为透镜焦距；步骤三：计算随机模板(U_m)的离散菲涅耳变换：由密钥参数(d，λ)计算出二维随机模板(U_m)到透镜前表面的离散菲涅耳变换DFD[U_m，λ，d]：U2(m,n)=DFD[Um(k,l),λ,d]]]>=1jλdexp(j2πdλ)exp[jπλd(m2Δϵ2+n2Δη2)]×]]>Σk=0N-1Σl=0N-1Um(k,l)exp[jπλd(k2Δx2+l2Δy2)]×exp[-j2π(mkN+nlN)]]]>其中，d代表二维时空混沌序列U_m到透镜前表面的距离，j为复数；步骤四：计算密文U_c：根据明文的离散菲涅耳变换和随机模板(U_m)的离散菲涅耳变换，以及复振幅透过率函数t的离散变换，计算密文U_c：U_c＝{DFD[U₀(k，l)，λ，d₀]+DFD[U_m(k，l)，λ，d]}×t(m，n，λ，f)；步骤五：计算明文U₀：解密过程为上述加密过程的逆运算过程，即：DFD[U₀(k，l)，λ，d₀]＝U_c/t(m，n，λ，f)-DFD[U_m(k，l)，λ，d]；U₀＝IDFD[U₀(k，l)，λ，d₀]。