基于双光瞳光学系统的图像加密及安全认证技术研究

The optical information security technique,as its fast parallel data processing capability, multi-dimensional, large capacity, high robustness, and many other unique advantages, has been attracting many researchers devoting themselves to this new research area. However, the current study on optical information security technique at home and abroad is still in the initial exploratory stage. There are still many problems to be solved urgently. In this project, we intend to proposed an optical multi-image encryption technique based on the optical principle of two-pupil imaging system.This technique may solve the contradiction between the encrypted capacity and the amount of key needed to be transmitted. We also intend to verify the feasibility of our proposed technique by experiment. Subsequently, on the basis of the study on two-pupil multi-image encryption and decryption system, we intend to further study and propose an optical asymmetric cryptography to solve the problem of complex operation and slow data processing speed existing in the mature asymmetric cryptography. Meanwhile, we utilize the advantages of optical information processing technique to make the proposed asymmetric cryptosystem with strong robustness. Thus it will provide safety and convenience for information transmission, management and distribution. In addition, based on two-pupil interferometer system, we intend to design a multimodal authentication system so that the counterfeited biometric image is difficult to work, and then enhance the security and reliability of the system. In this authentication technique, we intend to adopt the method that can generate the reference biomitric images by the encryption key to save the data storage space in an multi-user authentication system.

光学信息安全技术以其快速并行数据处理能力、多维度、大容量、高鲁棒性等诸多优势，正吸引着越来越多的科研人员投入到这一新兴领域的研究。然而，目前国内外对该项技术的研究还处于初步探索阶段，仍有许多问题亟待解决。本课题拟依据双光瞳成像系统的光学原理，提出一种多图像加密技术，解决目前此类技术中加密容量与需传输的密钥量之间的矛盾，并通过实验验证其可行性；随后拟在双光瞳多图像加解密系统的研究基础上，进一步研究并提出基于光学方法的非对称密码技术，解决目前已有非对称密码体制算法复杂，加解密速度较慢的问题；同时发挥光信息处理技术的优势，使非对称密码具有良好的鲁棒性，为信息的传输、管理和分配提供安全和便利；另外，依据双光瞳干涉系统，拟提出一种多模态身份认证技术，使伪造的生物特征难以奏效，增强系统的安全性和授权的可靠性。在该项技术中，拟采用以加密密钥生成参考生物特征图像的方法，节省多用户识别系统中的数据存储空间。

本项目进展顺利，基本上按任务书中内容展开相关研究，项目的研究要点包括：（1）从强度关联成像的成像原理入手，研究了强度关联成像在图像加密中的应用。基于强度关联成像的图像加密技术把图像加密成实函数，能够极大地压缩密文的数据量，便于存储和传输。然而，我们研究发现该技术存在缺陷，其难以抵抗选择明文攻击。针对该问题我们提出了增强其安全性的有效方法。另外，依据强度关联成像原理，提出了基于单像素探测的多图像加密技术。研究了在不增加密文数据量的前提下，如何避免多图像间的相互串扰，并从理论和仿真上予以验证。（2）提出了将强度关联成像与公钥（非对称）密码相结合的多图像加密技术。公钥密码为多图像加密系统中密钥的分发带来了便利，使信息的传输量不会随着加密图像数量的增加而增加，为多图像加密提供了新方法。（3）围绕干涉系统的光学原理进行研究，结合纯相位相关器理论，提出了一种光学认证技术。该技术为多用户应用带来方便。在认证过程中，系统同时产生一个尖锐的相关峰和一幅代表用户身份的有意义图像。因此，该系统除了用作简单的认证外，也可以识别用户的身份，并且还可以有效地避免认证密钥被他人伪造。（4）利用光学多维度的特点，提出了一种将光学加密与多模态生物识别技术相结合的安全认证方法。该方法通过合法用户自己的认证密钥实时产生标准生物样本，因此，大量生物样本无需存储。与传统的认证方法相比，该方法极大地节省了样本的存储空间和识别的匹配时间。另外，由于采用了光学加密技术，认证密钥也难以仿造。即使认证密钥丢失或被盗，没有合法用户的生物特征，其他人捡到或盗取密钥也是无用的。. 在项目资助期间，发表学术论文16篇，其中SCI期刊论文11篇，EI期刊论文3篇；研究成果“光学图像加密及安全认证系统”获得河南省科技进步二等奖。完成了任务预定成果目标。