基于鬼成像和公钥密码的多图像加密与解密方法
【专利摘要】本发明涉及基于鬼成像和公钥密码的多图像加密与解密方法，加密方法为：沿光路依次设置至少一条光路，每条光路依次设置空间光调制器(SLM)、待加密图像、凸透镜，使各条光路会聚于一个桶探测器；控制SLM产生不同的随机相位板，获得所有探测数据，通过计算并用公钥加密算法进行加密，得到密文。解密方法为：接收密文和随机相位板信息，通过私钥将密文解密，获得数据；求随机相位板在其菲涅耳域的光强信息，将包含所有明文信息的数据与对应图像的光强信息进行关联，计算以解密。本发明的方法简化了光学系统，可以对任意幅图像同时加密，多幅图像之间不会产生相互串扰，加密图像的数量不影响解密图像的清晰度。
【专利说明】基于鬼成像和公钥密码的多图像加密与解密方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于鬼成像和公钥密码的多图像加密、解密方法，属于光学信息 安全领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着计算机计算速度的不断提高以及现代网络和通信技术的迅猛发展， 完全依赖于密码学和电子信息系统的传统信息安全技术面临日益严峻的挑战。然而与之 相比，基于光学理论和方法的信息安全技术具有快速并行数据处理能力，多维度（振幅，相 位，偏振，波长），大容量，高鲁棒性，大密钥空间等独特优势，使得越来越多的科研人员将目 光投向了光学信息安全这一新兴领域。
[0003] 在众多信息中，图像由于易于复制且需要大量收发，其传输的安全性和存储的高 效性成为信息安全领域的一个重要课题，近年来受到广泛关注。为了更安全有效地处理和 传输图像数据，基于复用技术的多图像光学加密方法应运而生。2005年Situ等提出了基 于双随机相位编码的波长复用和距离复用多图像加密技术；Meng等随后提出了基于相位 复用和参数复用的加密技术。然而上述方案均存在同一缺陷，即可同时加密的图像数量有 限；并且基于距离复用的方案，均需要对多幅图像分别进行双随机相位编码或相移干涉加 密，然后才能进行图像合成。因此，这类算法操作时间较长，效率较低，也容易增大出错的概 率。针对这一问题，Xiao等人提出了基于相位恢复算法的多图像加密技术，可同时加密的 图像数量为无穷大且相互之间不会产生串扰，然而该方法需传输的密钥量会随着加密图像 数量的增加而增加，这严重影响了信息的传输效率和安全性。因此，有必要研究一种实时高 效的光学多图像加密技术，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， 提高信息的交互、存储和处理效率。
[0004] 鬼成像，也被称为关联成像，是近年来光学成像领域研究的前沿和热点之一，它解 决了一些在传统成像方案中使用常规成像技术不能解决的问题。该成像技术在没有物体的 参考光路中，能够获得物体的清晰像，因此被称为鬼成像。目前已有人将鬼成像应用于图像 加密，如利用计算鬼成像，Pere等实现了单幅图像光学加密；Mehrdad等提出了对于灰度图 像和彩色图像的加密方法；Chen等提出了利用相位恢复算法产生三维密钥，从而进行图像 加密的方法。但是，目前基于鬼成像的图像加密技术都是针对单幅图像的加密，而对于多图 像加密技术的研究则相当匮乏。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种基于鬼成像和公钥密码的多图像加密与解密方法，用以 填补现有技术的空白。
[0006] 为实现上述目的，本发明的方案包括：
[0007] 基于鬼成像和公钥密码的多图像加密方法，步骤如下：
[0008] 1)沿光路依次设置至少一条光路，每条光路依次设置空间光调制器（SLM)、待加 密图像、凸透镜，使各条光路会聚于一个桶探测器；
[0009] 2)控制空间光调制器（SLM)产生随机相位板，在其菲涅耳域产生随机的光强分布
【权利要求】
1. 基于鬼成像和公钥密码的多图像加密方法，其特征在于，步骤如下： 1) 沿光路依次设置至少一条光路，每条光路依次设置空间光调制器（SLM)、待加密图 像、凸透镜，使各条光路会聚于一个桶探测器； 2) 控制空间光调制器（SLM)产生随机相位板，在其菲涅耳域产生随机的光强分布 k，I&，…，U然后分别对所述待加密图像f\，f2，…，fN进行调制，经桶探测器测量得到数 据D r ; 3) 控制空间光调制器（SLM)产生不同的随机相位板，重复步骤2)，通过桶探测器获得 所有探测数据{Dj ;n = 1，2,…，N，r = 1，2,…，M，N为待加密图像数量，M为重复步骤2) 的次数； 4) 计算4 = D^〈D>，其中<D>为所有探测数据{DJ的均值； 5) 用公钥加密算法对{BJ进行加密，得到密文{CJ。
2. 根据权利要求1所述的基于鬼成像和公钥密码的多图像加密方法，其特征在于，
?表示卷积运算，h(x，y，z)为菲涅耳衍射变换的核函数，L为衍射距离。
3. 根据权利要求1所述的基于鬼成像和公钥密码的多图像加密方法，其特征在于，所 述公钥加密算法为RSA算法。
4. 如权利要求1所述加密方法的解密方法，其特征在于，步骤如下： 1) 接收密文ICJ和随机相位板P1,, P2,，…，Pn,信息，通过私钥将密文解密，获得数据 IBJ ; 2) 求随机相位板Pm P&，…，在其菲涅耳域的光强信息L，，…，1_，将包含所有明 文信息的数据{BJ与对应图像的光强信息4进行关联，计算获得4。
5. 根据权利要求4所述的解密方法，其特征在于，将获得的数据{BJ与随机相位板 Pm P&，…，P1^在其菲涅耳域的光强信息…，分别进行关联成像，逐一解密，获得
6. 根据权利要求5所述的解密方法，其特征在于，通过计算机计算获得所述光强信息 (Ilr，工21：， ，工财）。
【文档编号】H04N1/32GK104284054SQ201410380859
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月5日 优先权日:2014年8月5日
【发明者】袁胜, 刘明堂, 刘雪梅, 杨阳蕊, 段美霞 申请人:华北水利水电大学