光学随机相位编码技术及应用

第1章 绪论 1

1.1 信息安全 1

1.1.1 密码学简介 1

1.1.2 信息隐藏 4

1.1.3 身份认证 6

1.2 传统信息安全技术面临的威胁 7

1.3 光学信息安全技术 8

1.3.1 光学图像加密技术 8

1.3.2 基于光学方法的信息隐藏技术 11

1.3.3 基于光学方法的安全认证技术 13

1.3.4 光学信息安全中的其他技术 14

1.3.5 光学信息安全技术中存在的问题 14

1.4 本书研究目的及章节安排 15

第2章 光学随机相位编码技术的物理光学基础 19

2.1 惠更斯-菲涅耳原理和基尔霍夫衍射公式 19

2.2 菲涅耳衍射 21

2.3 夫琅禾费衍射 22

2.4 透镜的傅里叶变换性质 23

2.5 光学相干理论 25

2.5.1 空间相干性 27

2.5.2 时间相干性 28

2.6 热光与散斑场 28

2.7 本章小结 30

第3章 光学双随机相位编码技术 31

3.1 双随机相位编码技术的基本原理 31

3.2 加密图像的统计特性 32

3.3 加密系统分析 34

3.4 扩散和混淆机制 35

3.5 鲁棒性能分析 36

3.5.1 加密图像数值偏差对解密图像的影响 36

3.5.2 仅取部分信息对加密图像的还原 36

3.5.3 密钥数据偏差对解密图像的影响 38

3.5.4 数据偏差对解密图像影响的数值模拟 39

3.6 本章小结 41

第4章 双随机相位编码系统的攻击技术 42

4.1 Kerckhoff假设及攻击类型 42

4.2 相位恢复算法 43

4.3 几种典型的针对双随机相位编码的攻击技术 44

4.3.1 选择密文攻击 44

4.3.2 选择明文攻击 45

4.3.3 已知明文攻击 46

4.3.4 唯密文攻击 46

4.4 针对基于频域振幅调制的双随机相位编码改进方法的攻击 47

4.4.1 基于频域振幅调制的双随机相位编码改进方法 47

4.4.2 改进方法的选择明文攻击 48

4.5 针对菲涅耳域双随机相位编码系统的攻击技术 49

4.5.1 菲涅耳域双随机相位编码系统 49

4.5.2 攻击技术 51

4.6 其他攻击技术 52

4.7 本章小结 52

第5章 双随机相位编码技术的安全增强方法 53

5.1 基于透镜相位调制的双随机相位编码改进方法 53

5.2 基于菲涅耳域双随机相位编码技术的改进方法 54

5.2.1 利用菲涅耳域中的强度信息重建对称图像的方法 55

5.2.2 加密过程 59

5.2.3 解密过程 60

5.2.4 密钥的设计方法 60

5.3 算法性能 62

5.4 鲁棒性分析 65

5.5 抗攻击能力分析 69

5.6 本章小结 70

第6章 双随机相位编码技术密钥的管理方法 71

6.1 RSA公钥密码体制 71

6.1.1 基本原理 71

6.1.2 RSA公钥密码的加密体制 73

6.1.3 RSA公钥密码的认证体制 73

6.1.4 RSA公钥密码体制的缺陷 74

6.2 双随机相位编码密钥与密文的同时传输 75

6.2.1 基本设计思想 75

6.2.2 具体步骤 76

6.2.3 安全性分析 79

6.3 基于混沌序列的密钥管理和传输 80

6.3.1 密钥的产生 81

6.3.2 密钥的管理和传输 81

6.4 本章小结 83

第7章 基于随机相位编码的信息隐藏技术 84

7.1 复振幅空间域隐藏 84

7.1.1 隐藏原理 84

7.1.2 隐藏信息的恢复 85

7.1.3 隐藏效果分析 86

7.2 实虚部空间域叠加 88

7.2.1 基本原理 88

7.2.2 隐藏效果分析 89

7.3 基于RSA公钥密码体制的双随机相位编码信息隐藏方法 91

7.3.1 基于迭代相位恢复算法的图像变换 91

7.3.2 信息隐藏的具体方法 92

7.3.3 隐藏信息的提取和解密 93

7.3.4 安全性分析 95

7.4 基于光学干涉原理的信息隐藏方法 100

7.4.1 秘密图像的加密和隐藏方法 101

7.4.2 隐藏效果及性能测试 104

7.4.3 两幅图像的同时加密和隐藏 108

7.5 本章小结 109

第8章 随机相位编码信息隐藏检测技术 110

8.1 信息隐藏检测技术 110

8.2 基于统计假设检验的信息隐藏检测技术 111

8.2.1 宿主图像与融合图像的位平面 111

8.2.2 算法推导 113

8.2.3 算法分析 115

8.2.4 光学实现 115

8.2.5 检测结果分析 116

8.3 对实虚部叠加的信息隐藏方法的检测技术 119

8.4 本章小结 120

第9章 基于随机相位编码系统的安全认证技术 121

9.1 基于有意义输出图像的安全认证系统 121

9.1.1 身份认证的改进方案 122

9.1.2 性能测试 125

9.1.3 系统分析 129

9.2 基于光学干涉系统和纯相位相关器的安全认证系统 130

9.2.1 纯相位匹配滤波 130

9.2.2 光学干涉认证系统 132

9.2.3 性能测试 135

9.3 光学多模态生物识别系统 139

9.3.1 光学多模态生物识别系统 140

9.3.2 生物样本预处理 143

9.3.3 识别结果及性能分析 145

9.4 本章小结 149

第10章 基于随机相位调制的关联成像技术 151

10.1 关联成像技术概述 151

10.2 纠缠光关联成像 154

10.3 热光关联成像 155

10.4 压缩感知理论基础 156

10.4.1 基本原理 156

10.4.2 稀疏性与不相关性 157

10.4.3 信号的稀疏表示及观测矩阵 158

10.4.4 重构算法 160

10.4.5 信号的重构 164

10.4.6 重建的结果与分析 164

10.4.7 压缩感知的优势与不足 166

10.5 本章小结 166

第11章 计算关联成像及其应用 167

11.1 基于计算关联成像的加密方案 167

11.1.1 加密原理 168

11.1.2 计算关联成像加密技术的脆弱性及攻击方法 169

11.1.3 攻击方法测试 171

11.1.4 安全增强方法 173

11.2 基于正交调制的多用户计算关联成像加密技术 175

11.2.1 理论分析 176

11.2.2 性能测试及分析 178

11.3 基于计算关联成像的多图像加密技术 180

11.3.1 理论分析 181

11.3.2 性能测试及分析 183

11.3.3 可能的应用分析 189

11.4 本章小结 189

参考文献 191