一种非相干光学相位扰动加密方法、装置、存储介质及设备

本发明涉及一种非相干光学相位扰动加密方法、装置、存储介质及设备，属于光通信。

背景技术：

1、光波作为一种信息载体，可以被用来进行信息传递、信息编码和信息加密。随着近年来全球化和信息化进程的加快，通信在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。而其中信息安全的重要性日益突出，因而关于信息加密技术的研究越来越热，这其中用光波波前来编码和加密信息，不失为一种很好的方法。

2、在传统的光学全息技术中，存在几个不可回避的问题，它们阻碍了光学全息技术在实际生活中的广泛应用。首先，在记录过程和重建过程中都需要有相干长度比较好的激光光源，不过这些年激光器发展已经十分成熟，这个问题已经得到了解决。其次，由于全息记录过程是对两束光干涉过程的记录，因此要求在记录的曝光时间内物光和参考光的光程相对变化要小于一个波长，否则原本清晰锐利的干涉条纹就会变得模糊而影响全息图的记录效果。这个条件对实验环境的要求是非常苛刻的，外界的振动、元件的缺陷都会对记录过程造成极大的影响。还有一个就是记录介质的动态范围以及其对于曝光光强的非线性响应限制了所记录全息图的质量。我们不难发现，光学全息术的限制因素几乎全部都集中在其记录的过程中，如果有办法可以将这一过程替代，那么全息术的应用范围就会拓展很多。早在1995年，javidi等人就提出了双随机相位的图像加密方法。之后人们又在此基础上提出了利用双随机相位分数阶傅里叶变换和菲涅尔变换的的图像加密系统。随着图像加密研究的发展，人们还提出一些其他的方法，比如相位恢复法，干涉法图像加密，鬼成像加密法。然而，这些方法都采用相干性较好的激光作为光源，存在一些系统造价高、抗外界干扰能力差、系统搭建相对复杂等劣势。为了解决这些问题，在2001年tajahuerce等人就已经提出用非相干光照明来加密图像的方法，然而由于其系统设计也比较复杂，因而未能引起广泛关注。

3、综上所述，现有技术中存在以下缺陷：传统非相干相位扰乱加密系统的结构设计导致的系统安全性低问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种非相干光学相位扰动加密方法、装置、存储介质及设备，解决现有技术中存在的安全性低的问题。

2、为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种非相干光学相位扰动加密方法，包括：

4、获取第一明文图像和第二明文图像；

5、通过混沌系统对所述第一明文图像进行混沌加密得到第一密文图像，并将混沌加密过程的密钥保存至所述第二明文图像中；

6、将所述第一密文图像的灰度值映射为伪随机相位图；

7、将所述伪随机相位图作为纯相位扰乱的非相干图像加密过程中的相位图对所述第二明文图像进行非相干图像加密，得到第二密文图像。

8、结合第一方面，进一步的，所述通过混沌系统对所述第一明文图像进行混沌加密得到第一密文图像，包括：

9、s001、采用lss混沌系统生成伪随机序列；

10、s002、通过mie-bx插入外部生成的随机像素到所述第一明文图像的四周；

11、s003、通过两个混沌序列构造出数据类型和大小均与插入随机像素后的第一明文图像相同的置乱矩阵，根据所述置乱矩阵对第一明文图像进行置乱得到置乱图像；

12、s004、对所述置乱图像进行像素适应扩散得到扩散图像；

13、s005、将所述扩散图像代替第一明文图像，重复步骤s003和s004，得到第一密文图像。

14、结合第一方面，进一步的，所述采用lss混沌系统生成伪随机序列，包括：

15、获取256比特长的安全密钥；

16、用所述安全密钥的前4个52长比特流分别计算生成4个浮点数，用所述安全密钥的最后2个24长比特流分别计算生成2个整数；

17、通过下式计算生成lss混沌系统的初值和参数：

18、

19、其中，i＝1或2，是lss混沌系统的初值，ri是lss混沌系统的参数，x0是第一浮点数，r是第二浮点数，ri是第三浮点数或第四浮点数，di是所述整数；

20、基于所述初值和参数，lss混沌系统中的伪随机生成器生成伪随机序列。

21、结合第一方面，进一步的，所述通过mie-bx插入外部生成的随机像素到所述第一明文图像的四周，包括：

22、通过mie-bx将大小为2×n的行向量分别插入到所述第一明文图像的最高端和最低端；

23、通过mie-bx将大小为(m+2)×2的列向量分别插入到所述第一明文图像的最左端和最右端。

24、结合第一方面，进一步的，所述根据所述置乱矩阵对第一明文图像进行置乱得到置乱图像，包括：

25、令列索引数j为1,然后将在位置(1,s1,j),(2,s2,j),...,(m,sm,j)上的像素首尾相连，并向上循环移位s1,j个单位，然后，重复执行上述过程直到j＝n，其中m和n在插入随机像素的过程中确定，最后获得置乱图像，其中，是s置乱矩阵，s1,j表示置乱矩阵的第1行第j列，s2,j表示置乱矩阵的第2行第j列，sm,j表示置乱矩阵的第m行第j列。

26、结合第一方面，进一步的，所述对所述置乱图像进行像素适应扩散得到扩散图像，包括：

27、通过下式对所述置乱图像进行像素适应扩散：

28、

29、其中，ci,j是扩散图像第i行第j列的像素，ti,j是置乱图像第i行第j列的像素，表示异或，tm,n、tm,(j-1)和t(i-1),j分别表示置乱图像第m行第n列、第m行第j-1列和第i-1行第j列的像素，qi,j表示随机像素矩阵第i行第j列的像素，随机像素矩阵由lss混沌系统中的伪随机生成器根据不同的初值和参数生成，i＝1,2,...,m，j＝1,2,...,n。

30、第二方面，本发明还提供了一种非相干光学相位扰动加密装置，包括：

31、图像获取模块，用于：获取第一明文图像和第二明文图像；

32、混沌加密模块，用于：通过混沌系统对所述第一明文图像进行混沌加密得到第一密文图像，并将混沌加密过程的密钥保存至所述第二明文图像中；

33、图像映射模块，用于：将所述第一密文图像的灰度值映射为伪随机相位图；

34、非相干图像加密模块，用于：将所述伪随机相位图作为纯相位扰乱的非相干图像加密过程中的相位图对所述第二明文图像进行非相干图像加密，得到第二密文图像。

35、结合第二方面，进一步的，所述混沌加密模块通过混沌系统对所述第一明文图像进行混沌加密得到第一密文图像，包括：

36、采用lss混沌系统生成伪随机序列；

37、通过mie-bx插入外部生成的随机像素到所述第一明文图像的四周；

38、通过两个混沌序列构造出数据类型和大小均与插入随机像素后的第一明文图像相同的置乱矩阵，根据所述置乱矩阵对第一明文图像进行置乱得到置乱图像；

39、对所述置乱图像进行像素适应扩散得到扩散图像；

40、将所述扩散图像代替第一明文图像，重复上述步骤，得到第一密文图像。

41、第三方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面中任一所述的非相干光学相位扰动加密方法。

42、第四方面，本发明还提供了一种设备，包括：

43、存储器，用于存储指令；

44、处理器，用于执行所述指令，使得所述设备执行实现如第一方面中任一所述的非相干光学相位扰动加密方法。

45、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

46、本发明提供的一种非相干光学相位扰动加密方法、装置、存储介质及设备，将非相干相位扰乱加密系统中的随机相位板替换为由第一明文图像混沌加密后映射生成的伪随机相位板，加密另一幅加载混沌加密密钥的第二明文图像，再利用保存在第二明文图像中的密钥信息，对第一明文图像进行解密，从而提高解密图像的质量，并增加安全性；使用混沌加密方法获得相位板信息，将非相干图像加密与混沌加密相结合，使得加密系统的密钥空间显著提高，使得同时破解两张图像的可能性降低，提高安全性。