基于雙隨機相位編碼的光學圖像加密方法研究.pdf

1、21世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字通訊技術(shù)的普及和快速發(fā)展給人們的工作和生活提供了極大的便利。但與此同時，如何確保網(wǎng)絡信息的安全也成為了一個不能被忽視的課題。數(shù)字圖像作為互聯(lián)網(wǎng)中最常見的一種信息表達方式，其安全問題也得到了人們的廣泛關注，而圖像加密技術(shù)是保障圖像安全性能的一項關鍵技術(shù)。光學圖像加密技術(shù)，跟過去的計算機圖像加密技術(shù)相比，具有容量大、加密速度快、可多路并行傳輸、多密匙維度等與生俱來的優(yōu)勢，這些優(yōu)勢都使得應用光學的方法進行圖像加密更加

2、快捷高效。
　　雖然當今國內(nèi)外關于光學信息安全領域的研究已獲得了顯著的進展，但依然還處于探索和實驗階段，仍然需要進行更加系統(tǒng)而深入的研究。本論文通過理論分析結(jié)合計算機仿真模擬，對基于雙隨機相位編碼（DRPE）的光學圖像加密算法進行了系統(tǒng)的研究，對幾種典型的光學圖像加密系統(tǒng)進行了深入的分析，并對能同時增強系統(tǒng)安全性和魯棒性的加密方案進行了探討。
　　本文的主要內(nèi)容包括下面的4個方面：
　　1、概述了傳統(tǒng)密碼學的相關概念和

3、重要理論，介紹了與光學圖像加密相關的基礎理論知識，以便大家從整體上掌握光學圖像加密的基本內(nèi)容，為后面研究光學圖像加密系統(tǒng)奠定好理論基礎。
　　2、深入分析了四種典型的光學加密系統(tǒng)：基于傅立葉變換的DRPE系統(tǒng)、基于菲涅爾衍射的DRPE系統(tǒng)、基于干涉原理的光學加密系統(tǒng)及基于相位截斷傅立葉變換（PTFT）的非對稱光學加密系統(tǒng)。詳細剖析了每種系統(tǒng)的加密和解密算法，并通過MATLAB仿真軟件各有側(cè)重地對每種系統(tǒng)的可行性和安全性進行了仿真模

4、擬。同時對仿真結(jié)果展開了詳盡的分析，并針對系統(tǒng)存在的不足給出了相應的改進分析。
　　3、針對基于PTFT的非對稱光學加密系統(tǒng)容易遭受基于迭代的振幅相位恢復（APR）算法的特殊攻擊這一問題，設計了一種基于相位截斷菲涅爾衍射（PTFD）的非線性圖像加密系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用一個隨機振幅板（RAM）和兩個公匙產(chǎn)生兩個私匙用于系統(tǒng)的加密。系統(tǒng)的非線性使其可以抵御選擇密文攻擊（CCA）、選擇明文攻擊（CPA）及已知明文攻擊（KPA），同時由于缺乏

5、限制條件，攻擊者想要用迭代的APR算法來破譯該系統(tǒng)是行不通的。對系統(tǒng)的加密和解密算法進行了理論分析，并通過計算機仿真對該算法的可行性和安全性進行了驗證。
　　4、將糾錯能力較強的快速響應（QR）碼引入到了所設計的加密系統(tǒng)中，使系統(tǒng)的魯棒性得以增強。待加密圖像首先被轉(zhuǎn)換成QR碼，然后經(jīng)過基于PTFD的加密系統(tǒng)進行加密。解密時得到含噪聲的QR碼，用智能手機或者平板電腦里面的掃碼軟件掃描該QR碼即可得到無噪聲的原始圖像。仿真結(jié)果也表明即