基于长度可变密钥的光学图像加密方法

为提升光学图像加密效果,设计了一种基于长度可变密钥的光学图像加密方法。基于混沌方程构成混沌序列均匀化普适算法,运用该算法生成均匀化伪随机序列,以此作为长度可变密钥,经空间光调制器调制后,转换此类密钥为伪随机相位掩模(PRPM),运用两个转换后PRPM双重随机相位编码初始光学图像,并结合变形分数傅里叶变换(AFrFT),相位转换编码后光学图像,获得加密光学图像,完成光学图像加密。实验结果显示,该方法可针对不同光学图像生成敏感性与唯一性密钥,实现不同光学图像的加密处理,加密效果显著,加密光学图像的像素频数分布均匀,且解密后光学图像与初始光学图像几乎一致,整体加解密效果理想,可有效保障光学图像的安全性,而且本方法可以在最短3 s的时间内完成光学图像的加密和解密,加解密效率更高,综合效果更佳。

基于数据隐私保护机制的光学图像加密研究

为提高光学图像信息的安全性,研究基于数据隐私保护机制的光学图像加密方法。采用Logistic映射的输出序列生成光学图像的混沌掩码,将其与螺旋相位掩码相结合,形成混合相位掩码,经希尔伯特变换和波带片相位模型调和后获取调和掩码,校正光学装置光轴;采用相位复用算法中的杨-顾算法,依据调和掩码将光学图像加密成实值光学图像,将线性滤波引入到解密光学图像中,提高解密光学图像质量与加密光学图像的数量,实现高容量的多光学图像加密。实验表明,该方法可压缩加密光学图像,并提高解密光学图像质量,加密质量系数为0.9,加密信息熵值平均为8.999 6。

基于螺旋光栅相位和分数Fourier的光学图像加密算法

针对传统图像加密算法鲁棒性不足的问题,本文提出了一种基于螺旋光栅相位和分数Fourier的光学图像加密算法。该算法在密码学及利用分数傅里叶变换频域处理算法进行图像加密的基础上,引入了错位光栅生成的涡旋光束,作为部分加密密钥的思想。首先,利用螺旋相位变换自行设计加密图像的螺旋相位,作为一种加密密钥;其次,使用计算全息法模拟生成的涡旋光束,作为另一种加密密钥;最后,将上述两种密钥组合,生成最终的加密密钥,并利用分数傅里叶变换进行光学图像加密。经统计直方图分析、信息熵分析、差异性分析和抗噪声攻击能力分析等实验结果表明,本算法具有很好的鲁棒性和安全性。

基于混沌Gyrator变换与压缩感知的光学图像加密方法

为避免数字图像传输过程中受到密文攻击被破解与复制,提出基于混沌Gyrator变换与压缩感知的光学图像加密方法,利用Logistic映射迭代明文图像,使用Gyrator变换的光学结构加密压缩后的明文图像,并采用开关中值滤波消除加密图像的噪音。实验结果表明:使用本方法处理后的12幅激光图像在攻击发生时对应的相关系数更小,均≤0.028,且加密后图像的像素灰度级频率大致维持在250上下,分布相对最为均匀,证明该方法相对更能有效抵抗选择密文攻击和唯密文攻击,且加入消噪处理后更能显著提升加密图像的加密性能。

基于螺旋相位变换和广义Fibonacci混沌的光学图像加密

为了解决光学加密技术中混沌序列分布不均匀,抗选择明文攻击能力弱以及菲涅尔域双随机相位编码系统对第1个衍射距离不敏感等问题,该文基于螺旋相位变换和新型广义Fibonacci混沌系统,提出一种光学图像加密算法。在菲涅尔域的双随机相位编码中对明文图像进行相位编码和螺旋相位变换,克服系统对第1块随机模板和衍射距离不敏感的缺陷,提高光学密钥敏感性。添加安全图像与明文进行加权干涉,进一步提高光学密钥敏感性和密钥维度。构造可产生均匀混沌序列的广义Fibonacci混沌系统生成随机模板,解决密钥体积过大分发传递困难问题,克服Logistic混沌分布不均匀的缺点,提高密钥传输效率及密钥敏感性。同时用明文哈希值SHA-256生成混沌初值和螺旋相位变换参数,使得密钥流随明文自适应变化,达到"一次一密"的效果,提高算法抵抗选择明文攻击能力和明文敏感性,雪崩效应更强。实验对比表明该算法明文及密钥敏感性高,密钥空间大,鲁棒性好,能有效抵御各种攻击,是一种高安全性的光学图像加密方法。

基于混合相位掩码与非线性像素互换的光学图像加密算法

为了解决当前光学图像加密技术在信息加密过程中忽略了明文自身特性,且其密文输出为复数函数,增加了密文信息的存储、传输与管理难度的不足,设计了混合相位掩码与非线性像素互换的光学图像加密算法。首先,将明文生成其对应的快速响应QR码,降低斑点噪声的影响;随后,引入SHA-256散列函数,设计非线性像素互换机制,对QR码进行置乱;基于剪切波变换,对置乱后的QR码进行分解,得到4个剪切波系数;利用安全图像与第一个剪切波系数完成互换,将其视为解密私钥;联合安全密钥图像与剩余的3个剪切波系数,基于剪切波逆变换,输出一个过渡图像;利用明文像素来迭代Logistic映射,输出混沌相位掩码,将其与螺旋相位掩码融合,形成一个混合掩码;基于Gyrator变换,对过渡图像进行调制,将其强度分布视为密文。测试数据显示,算法具有更高的加密安全性与抗选择明文攻击能力。

基于圆谐分量展开与Gyrator变换域相位检索的光学图像加密算法

为了解决当前光学图像加密算法因其输出密文的相位信息完全被保留在纯相位掩码中,使其出现轮廓显现问题而降低算法安全性的不足,提出了基于圆谐分量展开与Gyrator变换域相位检索的光学图像加密算法。首先,引入Gyrator变换对明文进行处理,形成Gyrator变换频谱;基于离轴圆谐分量展开机制,将Gyrator变换频谱分割为零阶圆谐分量与非零阶圆谐分量;通过引入球面相位因子,对零阶圆谐分量进行调制,获取其相应的密文;随后,利用迭代相位检索Gyrator变换算法,将零阶与非零阶幅度视为输入明文与输出密文的幅度约束条件,对非零阶圆谐分量完成编码,获取一个复杂场分布,从而完成整个明文的加密。实验结果显示,与当前光学图像加密技术相比,所提算法的安全性与鲁棒稳健性更高,具有更强的抗噪声攻击与抗剪切攻击能力。所提算法能够更好地保护图像在网络中安全传输,具有较好的实用性。

基于混沌Gyrator变换与矩阵分解的光学图像加密算法

为了解决当前光学图像加密技术没有考虑明文自身特性,使其抗明文攻击能力较低,且易增加密钥的分配与管理难度的问题,设计了基于混沌Gyrator变换与矩阵分解的非对称彩色图像加密算法。首先,从彩色图像中分别获取其R、G、B分量;设计二维耦合混沌系统,生成3个随机相位掩码,分别对R、G、B分量进行调制;基于卷积操作,将调制后的R、G、B分量融合为一幅灰度图像;利用混沌系统输出的随机序列来计算Gyrator机制的旋转角度,对灰度图像完成Gyrator变换,获取Gyrator频谱;根据相位-幅度截断机制,对Gyrator图像完成截断操作,形成幅度与相位信息;再引入一种矩阵分解机制,将相位截断图像分解为酉矩阵与三角矩阵,利用旋转角度不同的Gyrator变换分别处理酉矩阵与三角矩阵,完成图像加密。在图像加密过程中,利用其幅度截断图像信息来生成R、G、B分量的解密密钥,使得加密与解密密钥是截然不同的,只需利用私钥即可解密图像。测试数据表明,与较为主流的光学加密方案相比,所提技术具备更高的安全性,可有效抗击明文攻击。

基于矢量分解和相位剪切的非对称光学图像加密

结合矢量分解和相位剪切提出一种新的非对称光学图像加密算法,明文经过4个密钥加密得到分布均匀的密文和3个解密密钥。解密密钥在加密过程中产生,不同于加密密钥,实现了非对称加密,增加了系统的安全性。在矢量分解过程中产生的解密密钥与明文关联强,比现有光学非对称加密算法中明文对密文和解密密钥更为敏感,抵御选择明文攻击能力更强,同时也提高了解密密钥的敏感性。相位剪切的引入扩大了密钥空间,增强算法安全性,产生实数密文更便于传输。实验分析表明:该算法密文分布均匀、相邻像素相关性低,解密密钥、明文对解密密钥和密文敏感性高,抵御各种攻击能力强,有更好光学图像加密效果。

基于图像置乱技术融合FRFT的光学图像加密

针对二维图像加密系统的安全性问题,本文提出一种融合分数傅里叶变换和图像置换技术的光学图像加密方案。首先,使用jigsaw变换算法将原始图像分解成若干子图,并随机平移子图;然后,利用Arnold变换对图像像素进行置乱;最后,采用分数傅里叶变换加密置乱图像,并迭代重复这些过程。将jigsaw排列指标、Arnold频率和分数傅里叶阶等参数组成一个密钥空间,通过仿真实验在光学实现方面评估算法性能。实验结果表明,本文提出的方案具有很好的灵活性和鲁棒性。

基于随机相位实值编码的光学图像加密

提出了一种用于图像加密的随机相位实值编码方法 ,待编码的纯相位图像与一个随机相位掩膜一起作傅里叶变换 ,取其实部作为编码图像 已编码的图像和随机相位掩膜的傅里叶变换相加作傅里叶反变换 ,反变换的光强可以准确地重建原图像 该编译码方法简单 ,编码图像是一个实值图像 。

光学图像加密中随机模板的特性比较

为比较光学图像加密中随机模板的特性,分别利用随机相位模板和随机振幅模板对几种典型的光学图像加密系统进行了光学图像加密的数值模拟和加密效果分析。模拟结果表明,将随机振幅模板用于基于光学傅里叶变换的双随机模板图像加密系统时,原始图像和加密图像的相关系数大于0.5,不能有效加密原始图。但将其用于基于菲涅耳变换全息的光学图像加密系统时,原始图像和加密图像的相关系数趋于0,可获得与使用随机相位模板时非常接近的加密效果。

非对称光学图像加密系统的已知公钥攻击

为了破解基于相位截断傅里叶变换的非对称光学图像加密系统,提出一种已知公钥的攻击方法,并通过理论分析和实验仿真进行了研究。结果表明,在已知公钥的攻击下,攻击者可通过获取通用解密密钥恢复基于相位截断傅里叶变换的非对称光学图像加密系统的明文,并取得了较好的破解效果。在整个攻击的实施过程中,除了公开的加密密钥,无需额外的资源,同时攻击难度大大降低,因此更具实际意义。

基于随机分数梅林变换的光学图像加密

为了实现光学图像的非线性加密,设计了一种基于随机分数梅林变换的光学图像加密方法,构造了相应的光学加密装置。该装置采用混沌映射生成一对共轭随机相位掩模放置于分数傅里叶变换光学装置的两端,对分数傅里叶变换的核函数进行随机化处理,得到随机分数傅里叶变换。随机分数梅林变换由对数-极坐标变换和随机分数傅里叶变换组成,光学图像经随机分数梅林变换得到复值密文,从而完成图像的像素值和像素点位置的双重加密。对应所有密钥计算了输入图像和解密图像的均方误差,混沌映射的初值增大10-16时,解密图像的均方误差放大200倍以上,其作为密钥扩大了加密算法的密钥空间;随机分数梅林变换的分数阶次作为密钥也具有很高的敏感度。数值分析验证了该光学加密系统的可行性和有效性,噪声叠加和抗裁剪性能分析表明该算法具有良好的鲁棒性。

基于相干叠加与模均等矢量分解的光学图像加密算法

为了解决光学图像加密技术将密文相位信息主要集中在纯相位掩码中,使其存在轮廓显现问题,该文提出相干叠加与模均等矢量分解的光学图像加密算法。首先,对输入图像进行归一化处理;基于Logistic映射,利用输入图像的像素特性,生成其初值,通过迭代Logistic映射,输出混沌相位掩码;借助相位掩码,对图像完成调制,并结合Fourier变换,对调制图像进行处理,输出其Fourier频谱;再对该频谱分别进行等模分解,获得两个掩码;再基于不同分数阶的Fourier机制,对两个掩码进行变换;最后,引入相位-幅度截断编码技术,设计单向编码机制,通过激光束的相干叠加,输出编码密文的幅度与相位信息,将相位部分视为编码密文,把幅度信息作为解密密钥。通过等模分解技术,将输入明文演变为4个不同的相位与幅度信息,有效解决了轮廓显现问题。实验结果显示:与当前基于干涉原理的图像加密机制相比,所提算法的安全性更高,有效消除了轮廓显现问题。

双光束叠加与差异模的光学图像加密算法

目的为了解决当前基于干涉原理的光学图像加密算法因存在轮廓显现导致其安全性不高的问题,提出双光束相干叠加与差异模矢量分解的图像加密算法。方法基于Gyrator变换,将明文变成一个Gyrator频域的复杂函数;随后引入矢量分解方法,将Gyrator频域复杂函数进行差异分解,输出幅度与相位不均等的2个矢量成分;利用2个相位掩码对矢量成分进行调制,将其从频域变为空域,将其相位部分视为私密,而幅度部分视为最终加密密文。结果实验显示,与当前基于模均等分解的图像加密技术相比,所提算法具有更高的保密性与敏感性,有效消除了轮廓显现问题。结论所提算法能够确保图像信息在网络中的安全传输,有效抵御外部攻击,在包装印刷与防伪二维码等领域具有一定的应用价值。

基于4f系统的光学图像加密与解密仿真教学

在信息光学课程的教学过程中,4f光学系统是一个非常重要的知识点。传统的教学方式多以该系统的数理模型讲解为主,造成学生对相关知识的理解不够,特别是对所学内容有何具体用途的困惑。为了克服上述问题,本文在描述4f光学系统信息传递机理、光学图像加密与解密原理的基础上,利用Matlab软件向学生模拟演示了基于该系统的光学图像加密与解密过程。该仿真实验简单直观、可视化程度高,对于课程相关内容的讲授起到了积极的辅助作用。

基于L-L级联混沌与矢量分解的无损压缩光学图像加密

为克服双随机相位编码的光学图像加密中,密钥、密文体积大、抗选择明密文能力弱的问题,提出了一种Logistic-Logistic级联混沌与矢量分解的无损压缩光学图像加密方法 .先隔空取样置乱将明文分成两块,再用干涉合成一块,最后放入双随机相位编码系统得到密文.置乱能够克服干涉后看到明文信息的缺点,增加了加密系统的安全性.干涉使得密文体积变为原来的一半,便于密文传输.单位等模矢量分解的解密方式避免了现有压缩方式存在的解密图像分辨率降低的问题.Logistic-Logistic级联混沌极大缩小了双随机相位编码的密钥体积,同时还解决了Logistic序列分布不均匀问题,提高了序列随机性,保留了Logistic混沌的快速性.将明文的HASH值SHA256与密钥进行强关联,使整个系统达到一图一密的加密效果,提高了明密文间的雪崩效应,增强了算法抗选择明密文攻击的能力.

基于快速响应码约束的光学图像加密算法

为提高光学图像加密算法的安全性与解密质量,方便密钥的存储、管理与传输,提出一种基于快速响应(QR)码约束与混沌Gyrator变换的图像加密算法。引入二维耦合混沌系统,利用明文像素对其进行迭代后输出2个随机相位掩码。通过2个混沌序列来计算2个Gyrator变换的旋转角度,然后利用明文生成相应的QR码,并将其置于2个随机相位掩码结构的输入平面,通过两级Gyrator变换输出一个实值密文。同时,借助QR码的支撑约束条件对传统的相位检索技术进行改进,最终从密文中检索到初始的QR码后解密图像。实验结果表明,与借助圆谐分量展开与Gyrator变换实现光学图像加密的算法相比,该算法具有较高的安全性与解密质量,在噪声攻击下,其复原图像的失真度较低。

基于不对称非标准傅里叶变换的光学图像加密

针对以往光学图像加密系统中输入面和频谱面对称性的缺点,在不增加系统元件的基础上,利用球面波照射不对称非标准傅里叶变换系统进行图像加密。通过把相位掩模置于该系统的傅里叶变换平面,利用不对称非标准傅里叶变换系统的输入面和频谱面的不对称性以及频谱面对于点光源相关参数的依赖性,克服了以前光学加密系统中输入面和频谱面的对称性所带来的安全隐患,并且获得了除相位掩模以外的另外四重密匙。理论分析和模拟实验表明:该方法不仅可行,而且多增加了几重密匙,增强了系统的安全性能。