基于迭代相位恢复和相位截断的非对称光学图像加密拓扑

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1、学校代码10530学号201510121235分类号O438密级硕士学位论文基于迭代相位恢复和相位截断的非对称光学图像加密拓扑学位申请人吴星指导教师李红星副教授学院名称物理与光电工程学院学科专业电子科学与技术研究方向电子通信二〇一八年六月六日AsymmetricOpticalImageCryptographyTopologyBasedonPhaseRetrieveAlgorithmandPhase-truncatedFourierTransformsCandidateXingWuSupervisorAssociateProf.HongxingLiColl

2、egeSchoolofPhysicsandOptoelectronicsProgramElectronicscienceandtechnologySpecializationElectroniccommunicationDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune,6,2018摘要摘要在如今的万物互联时代，由于智能技术、大数据和数据交互技术等新兴技术研究的不断深化，数据的存储和传输安全也将面临随之而来的严峻挑战和考验。数字信息处理技术一直以来都是数据安全的主要实现形式。与数字图像处理技

3、术相比，光学图像处理有着振幅和相位并行处理、多维度、多参数处理的内在优势，光学信息处理也因此成为一项新兴的数据处理和信息保密传输技术。经过近三十年的研究和发展，多种新颖的光学加密或信息隐藏方案相继被提出，从密文、密钥仅存在简单映射关系的对称加密体系到公钥和对应私钥相互分离且不可逆向使用的非对称光学加密体系，光学加密的可靠性和鲁棒性得到了不断提高。光学图像处理已成为图像数据加密、安全认证和保证数据可靠传输的重要方法和手段。本文首先综述了光学图像加密技术及其研究现状，介绍了图像信息利用透镜在光学路径中实现傅里叶变换并进行相位调制原理和方法。对国内外具有代表意

4、义的光学图像处理方案及其安全性能进行了分析，包括双随机相位编码系统、相位截取傅里叶变换加密系统等。针对相位截取傅里叶变换加密方案在面对基于两步迭代过程的特殊攻击时的脆弱性，本文在该算法的傅里叶变换域中增加了一个随着复函数振幅特征变化的动态相位调制板，大幅增强了该光学加密体系在面对特殊攻击时的加密性能。介绍了一种特殊的光学6f系统，并利用迭代相位恢复算法，以输入平面和傅里叶变换域平面的幅值作为约束条件，经过若干次的迭代之后恢复出点到点图像加密过程中所需要的相位板值。利用该方法可将原文图像加密隐藏到具有独立信息的实值密文图像，从而实现了图像到图像之间的加密和

5、转换。最后，本文结合网络拓扑技术和密码学的基本原理提出了一种非对称的光学图像加密拓扑,首次将非对称图像加密引入到了网络拓扑结构中。该系统通过在级联相位恢复算法的过程中使用相位截断来构造一个单向陷门函数，生成一对用于加密的公钥和相应的解密私钥，以一种非对称的方式实现实值原文图像和实值密文图像的加密和还原。将点对点的图像加密进行拓展可构成一个包含多种拓扑单元的图像拓扑网络。在拓扑网络中，每一幅图像可视为一个网络节点，它们既具有自身的信息值也能实现节点之间的非对称转换和加密传输。数值模拟实验结果表明了该系统的可靠性和应对噪声干扰、攻击时的高鲁棒性和安全性。关键

6、词：光学图像加密；相位恢复算法；傅里叶变换；非对称光学图像加密拓扑IAbstractAbstractIntheInternetofEverything(IoE)era,computernetworkanddigitalcommunicationtechnologyhavebeendevelopingrapidly.Alongwiththedevelopmentoftheinformationalmodernsociety,theinformationsecurityisalsofacingseriouschallenges.Thesecurityofin

7、formationandcommunicationisalwaysanimportantissueforresearchers.Differentfromdigital-imageprocessing,opticalprocessinghasitsownadvantages,suchasparallelprocessinamplitudeandphaseinformation,thecapabilityofmulti-dimensionalandmultipleparametersprocess.Theseuniquecharacteristicsmak

8、etheopticalimageencryptiontechniquerapid