光学干涉原理和随机相位编码技术在非对称图像加密系统中的应用研究

Double random phase encoding (DRPE) technique is a significant application of optical principle in the field of information security. However, some results have indicated that the symmetrical DRPE-based encryption schemes have some weakness against attacks. In recent years, much effort has been devoted to the image encoding methods that based on the optical interference principle. On the one hand, the fully phase encryption techniques are more secure than amplitude encryption in the classical DRPE-based systems, on the other hand, a secure asymmetric cryptography has yet to be developed. The study of the asymmetric fully-phase encryption, which has not been reported so far, is one of the important contents of our research project. Based on the DRPE-based encryption systems, target images can be converted into one or more phase-only masks or amplitude masks that produced analytically in the encryption process by adopting the similar process of interference-based methods. And the silhouette problem of our protocols, which has presented in the earlier interference-based encryption methods, would be studied in the project. Additionally, this project will also devote to the research on the conjunctive application of the DRPE technique and optical interference principle.

双随机相位编码技术是光学理论在信息安全领域的重大运用，但基于该技术的对称图像加密系统存在的安全隐患不可忽视；基于光学干涉理论的图像加密方法的研究则是最近这几年光学图像安全领域出现的新热点。一方面，纯相位加密在传统的线性光学加密系统中已经表现出更为安全的特点；另一方面，图像的非对称加密技术的研究仍有待开展。将纯相位加密技术运用到非对称图像加密领域的研究工作目前在国内外还未见文献报道。进一步,项目在基于双随机相位编码技术加密系统研究的基础上,拟采用类似基于干涉原理进行图像加密的方式，运用解析的手段将图像分解成相位板及振幅板，并研究此类方法中的"轮廓显现问题"。最后，本项目的研究工作还将致力于拓展两种技术在图像加密中的联合运用。

当今社会，信息安全显得越来越重要。在随机相位编码技术和光学干涉理论的基础上，项目完成了以下几个方面内容的研究：(1)干涉原理在光学图像加密中的应用研究。项目研究了干涉原理在彩色图像、多图像加密中的运用，结合其他光学技术，如数字全息技术，进行了新的光学图像加密系统的开发，并实现了图像的纯相位加密。(2)基于非线性双随机相位编码的加密系统的研究。项目分析了基于非线性双随机相位编码的加密系统中的“轮廓显现”问题，并在安全性分析基础上设计开发出了新的非线性光学图像加密系统。另外，项目还开展了基于空间域和频域双重加密以及基于对切向傅立叶变换加密系统攻击方法的加密系统的研究。(3)基于双随机相位框架下迭代相位恢复算法的光学图像纯相位加密系统的研究。项目建立了一种非线性双随机相位编码框架下基于迭代振幅-相位恢复算法的图像加密方法，其加密结果为一幅预先任意设定的“假图像”，该方法具有抵抗“特定攻击”和迭代振幅-相位恢复算法攻击的能力。另外，项目还进行了在经典双随机相位编码系统中引入光阑的研究。除了完成上述三个方面的系统工作外，最近我们还开展了光学加密系统用于认证的初步探索，超出了预期的研究目标。