發(fā)布時間：2018-07-12 16:29

  本文選題：振幅和位相恢復(fù)理論 + 非對稱密鑰加密��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：信息在現(xiàn)代社會生活中扮演著極其重要的角色,為了防止私密信息被竊取和篡改,信息安全技術(shù)的研究勢在必行。相比于傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的信息安全技術(shù),光學(xué)信息安全技術(shù)具有天然的高速多維的信息處理能力,能夠快速而簡便的處理大數(shù)據(jù)量信息的安全問題,因此受到國際信息安全領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注。本文通過設(shè)計(jì)一些光學(xué)恢復(fù)問題模型并提供解決方案,研究了光學(xué)圖像加密及認(rèn)證等安全應(yīng)用,此外對目前的一些光學(xué)安全系統(tǒng)也進(jìn)行了密碼學(xué)分析。本文工作以理論計(jì)算為主,大部分研究成果也進(jìn)行了光學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,具體研究內(nèi)容概述如下。利用隨機(jī)二值位相調(diào)制提出了一種新型光學(xué)非對稱密鑰加密方案。在現(xiàn)有的光學(xué)加密方案中,絕大部分都采用對稱編碼,即采用相同的密鑰(光學(xué)參數(shù))加密和解密信息。在能夠接近光學(xué)加密裝置的情況下,對稱加密方案易于受到選擇/已知明文攻擊,而非對稱加密方案在一定程度上可以克服此安全隱患。目前的光學(xué)非對稱加密方案大多采用位相剪切運(yùn)算,但是已被證實(shí)安全性比較脆弱。本文利用楊-顧振幅位相混合恢復(fù)算法提出了一種新型的基于單向隨機(jī)二值位相調(diào)制的非對稱密鑰編碼。私鑰在加密過程產(chǎn)生并且分布為0和π的隨機(jī)位相,解密時作為陷門信息。利用此陷門信息對公開加密密鑰進(jìn)行單向調(diào)制即可獲得解密密鑰。在對光學(xué)非對稱密鑰加密的進(jìn)一步討論中,由于數(shù)學(xué)問題難以純光學(xué)實(shí)現(xiàn),我們指出應(yīng)根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的特性構(gòu)建非對稱加密算法和結(jié)構(gòu),當(dāng)前階段不必受限于電子非對稱密碼學(xué)概念。利用位相復(fù)用技術(shù)提出了一種光學(xué)非對稱多圖像加密方案。通過修正的楊-顧位相恢復(fù)理論以及非對稱密鑰編碼,我們在菲涅爾域?qū)崿F(xiàn)了將多幅相同尺寸的秘密圖像加密成一幅同大小的類噪聲分布實(shí)值圖像。加密密鑰只有一個隨機(jī)位相且可以公開,但是加密每個圖像的過程中都會產(chǎn)生獨(dú)立的解密位相密鑰,因而解密過程通過輸入不同位相密鑰得到原始圖像。由于解密時只需傳輸一個密文圖像以及0、1分布的二值密鑰圖像,數(shù)據(jù)量得到了明顯壓縮。相比于波長復(fù)用以及位置復(fù)用的多圖像加密方案,該方法能夠獲得更高容量的多路復(fù)用能力,抵御現(xiàn)有的密碼分析學(xué)攻擊,并且由于光學(xué)實(shí)現(xiàn)簡單可直接應(yīng)用于多用戶的身份認(rèn)證等。除了多圖像加密可實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)的壓縮傳輸之外,我們利用誤差減少算法提出了另一種光學(xué)圖像同時壓縮加密的方案。在設(shè)定光學(xué)圖像壓縮的物理限制之后,通過設(shè)計(jì)誤差減少位相恢復(fù)算法,將秘密圖像同時壓縮和編碼成實(shí)值類噪聲圖像。該方案可通過控制算法參數(shù)實(shí)現(xiàn)光學(xué)圖像一定范圍內(nèi)的壓縮率。該方案的解密過程類似于經(jīng)典的雙隨機(jī)位相編碼,解密密鑰為兩個尺寸更小的隨機(jī)位相,它們在壓縮加密過程中產(chǎn)生。通過將正確的位相密鑰置入級聯(lián)的光學(xué)衍射面,在輸出面即可獲得解密后的解壓縮圖像。利用經(jīng)典的邁克爾遜干涉儀提出了安全的光學(xué)加密及認(rèn)證方案。雙光束干涉編碼理論已被廣泛地應(yīng)用于光學(xué)圖像加密及認(rèn)證中,其原理是通過解析計(jì)算的方式將圖像編碼成兩個干涉位相。只有產(chǎn)生干涉的兩個位相都正確,干涉輸出才會是原始圖像。然而針對同一個輸出圖像,經(jīng)典編碼方式可以存在很多對不同的干涉位相,并且每個位相單獨(dú)衍射之后都能識別出原始圖像信息,這些將給加密及認(rèn)證帶來安全隱患。為了解決上述安全問題,我們設(shè)計(jì)了具有針對性地位相恢復(fù)算法重新定義兩個位相的分布,實(shí)現(xiàn)了雙圖像的干涉編碼。這種新型干涉編碼技術(shù)能夠安全的應(yīng)用于光學(xué)圖像加密及認(rèn)證,解密及認(rèn)證過程可由經(jīng)典的邁克爾遜干涉儀完成。利用雙重純位相相關(guān)提出了一種安全的光學(xué)多用戶身份認(rèn)證方案。認(rèn)證可以通過考察輸出圖像的內(nèi)容完成(如干涉編碼),也可以通過考察相關(guān)性實(shí)現(xiàn)。經(jīng)典的光學(xué)身份認(rèn)證方案主要基于相關(guān)識別,并結(jié)合隨機(jī)位相編碼。然而,我們通過密碼分析學(xué)里的已知明文攻擊以及選擇明文攻擊模式證實(shí),由于建立相關(guān)的兩個圖像之間存在一致的關(guān)系,經(jīng)典身份認(rèn)證方案存在密鑰碰撞以及易被偽造的安全問題。為了解決上述安全問題,我們利用楊-顧位相恢復(fù)算法設(shè)計(jì)了數(shù)學(xué)上相互獨(dú)立的純振幅和純位相、純位相和純位相的雙重相關(guān)識別方法,在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了安全的身份認(rèn)證。該認(rèn)證系統(tǒng)能夠抵御已知的各類密碼學(xué)攻擊,并且能夠識別和認(rèn)證多幅圖像且不會產(chǎn)生碰撞,適合于多用戶的身份認(rèn)證應(yīng)用。
[Abstract]:This paper presents a novel asymmetric encryption scheme based on random binary phase modulation .
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP309.7

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2117758