非对称光学图像加密及其安全性研究

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1、硕士学位论文题目:非对称光学图像加密及其安全性研究研究生:高雄专业:光电信息技术及仪器指导教师:陈林飞副教授完成日期:2015.10杭州电子科技大学硕士学位论文非对称光学图像加密及其安全性研究研究生：高雄指导教师：陈林飞副教授2015年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterAsymmetricOpticalImageEncryptionandsecurityresearchCandidate:XiongGaoSupervisor:A.P.ChenDecember,2

2、015杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行硏巧Ｘ作所取得的成果。赚文中己经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或摄写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集Ｌｉ。？，体，均己在文中ｉ明确方式标明申请学位论文与资料若有不实么处本人将会一承担切相关贡任。论文作者盤名日期／月多日；年学位论文使用授权说明：硏本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即巧生在校攻读学位期巧论文工作的知识产权单位属杭州电子科

3、技乂学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科巧大Ｌ！。■公学学校有权保留送交论文的复印件，允许裔阅和借阅论文；学校可：布论文、。促密的全部或部分内容，可从允许采用影印缩印或其它复制手段保存论文（论文在解密后遵守此规定）：曰期／月Ｈ论文作者签名為：＞／／年Ｊ指导教师签名：杭州电子科技大学硕士学位论文摘要如今，网络多媒体技术得到飞速的发展，在信息的获取和使用更加便捷的同时，信息安全正在受到严峻的挑战。相比传统的计算机图像处理，光学在处理二维复杂图像方面有着并行处理速度快的固有优势，所以光学图像加密技术有着

4、非常吸引人的前景，越来越多的研究人员投入到这一领域中来。经过多年的发展，光学图像加密技术研究成果非常显著，多种光学图像加密方案被提了出来。双随机相位编码的方法可以利用两个随机相位板使明文信息变为平稳白噪声，但是其固有的线性性质很容易被攻击者利用，从而引起信息的泄漏。相位截断傅里叶变换加密系统由于其非线性性质和非对称性得到了学术界的广泛关注，随后又不断衍生出各种非线性加密系统。本文围绕非线性加密系统的安全性展开讨论，进一步分析非线性加密系统的特点，以增强光学图像加密的安全性。首先，本文对傅里叶变换的概念进行了回顾，介绍了傅里叶变换如何利用透镜在光路中实现，以及光波透过

5、透镜时如何对相位进行调制。双随机相位编码技术在光学图像加密领域有着广泛的研究，并且取得了一批很有意义的成果，因此我们对其做了简单的介绍。基于截断傅里叶变换的光学图像加密系统是一种典型的非对称加密系统，相比对称加密系统而言，一些常用的攻击手段无法攻击出原始图像的信息，安全性有了一定的提高，论文就围绕这种非对称加密算法的安全性做了重点的研究。然后，我们分析了截断傅里叶变换非对称加密系统的安全性，在一种基于迭代傅里叶变换算法的攻击下，其加密系统的安全性存在一定的隐患。在加密系统的傅里叶域加入一块振幅板调制，可以使加密系统的安全性得到一定程度的提升，但发现在一种新的迭代傅里

6、叶变换攻击算法攻击下中依然很脆弱。采用不同的变量并对其进行模拟，分析表明，振幅调制作用于加密系统使某一像素的周围像素值扩大或缩小超过10倍以上时，图像像素之间的关联性得到破坏，原始图像就很难被攻击出来。其次，我们提出了一种改进的振幅-相位恢复算法攻击非线性双图像加密系统。把公钥和密文当作约束条件，经过不同的迭代过程，可以分别恢复两幅原始图像。结果显示，非线性双图像加密系统比单图像加密系统有更好的安全性，恢复出来的图像与原始图像相比有较大的误差。但是，非线性双图像加密系统的一个显著特点是密钥数量增加了，从而增加了密钥管理和分配的风险。假设有一个私钥被攻击者截获，截获的

7、私钥结合我们提出的振幅-相位恢复算法，图像的辨识度相比之前有很大的提高。I杭州电子科技大学硕士学位论文最后，提出了一种基于非等模分解及双光束相干叠加的光学图像加密系统。不同于以往的等模分解或单位矢量分解，这里采用普通矢量分解的方法来实现加密过程。在该方法中，原始图像先经过傅里叶变换得到频谱域的复振幅分布函数，然后通过矢量分解的方法将该复振幅分布函数分解成两个振幅和相位都不相等的矢量，最后分别在两个支路中加入一块随机相位板，再分别对它们做一个傅里叶反变换，分别取其振幅作为密文，相位作为解密密钥。这个加密系统增强了系统的安全性并很好的解决了双光束干涉成像的轮廓呈现问