基于虚拟成像的信息隐藏加/解密方法技术

本发明专利技术公开了一种基于虚拟成像的信息隐藏加／解密方法及装置，属于信息安全领域。该方法使用并行硬件和算法的电子装置及软件，仿真虚拟成像过程对信息隐藏加／解密。图像信息的加密包括信息平面的采样、加入随机模板、在设定参数下进行的离散菲涅尔变换。解密用相应的解密参数计算随机模板在透镜后表面的复振幅分布，再对信息物所反射的光波在透镜后表面的复振幅分布，作距离为ｄ＃－［ｉ］的衍射得到原信息图像；同样的方法也适用于语音信息的加／解密。采用的装置包括由通用ＰＣ机和数字信号处理器、可编程专用集成电路构成的主从式系统，或是脱离ＰＣ机单独运行的嵌入式系统。本发明专利技术的优点在于：加／解密自由度大、密级高、灵活性高、适应性强。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于虚拟成像的信息隐藏加/解密方法及装置，属于信息安全领域。
技术介绍
传统的数据加密方法是根据密码学原理和基于数学算法的加密技术。随着计算机计算速度的不断提高，以及分布处理技术的日益发展，原有的一些加密算法(如DES，RSA算法)已被破解。目前，国内所采用的加密算法大都是国外将要淘汰的低强度加密算法。由此所带来的不安全因素已成为当前阻碍经济发展和威胁国家安全的一个重要问题。基于光信息处理的数据加密技术是近年来在国际上开始起步发展的一种新的“非数学”数据加密方法。例如利用光学加密方法保护身份认证的各种生物特征数据(例如指纹、脸像)以及其它数据，可防止对原始数据的篡改或隐藏原始数据，也就是当前的一个研究热点。光学加密技术作为“非数学”信息安全技术之一具有其独特的优点除了具有实时的数据传递速度外，在应用于数据隐藏的情况下还能引入比传统方法更多的自由度对数据进行加密和解密。与电子数据加密处理器相比，目前发展的全光学系统和光电混合数据加密系统都还只能在实验室中实现，而尚未形成可以实际应用的系统。主要原因是基于自由空间传播的光学元器件体积较大、成本很高、使用不灵活、模-数转换不够方便。用这样的光学元器件构造的系统难以在实际数据加密中应用。可对比的技术文献有以下五篇X.Peng，Z.Y.Cui，and T.TanInformation encryption with virtual-optics imaging system.OPTICS COMMUNICATIONS，2002，212，235-245X.Peng，Z.Y.Cui，and T.TanImage encryption with virtual optics.Proc.SPIE4929，2002，96-104.(Invited Paper)P.Refregier，B.Javidi，Optical image encryption based on input and Fourier plane randomencoding，Optics Letters，1995，20(7)767-769Javidi，G.Zhang and J.Li，Experimental demonstration of the random phase encodingtechnique for image encryption and security verification，Optical Engineering，1996，35(9)2506-2512US Patents6,002,773；5,903,648
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于虚拟成像的信息隐藏加/解密方法及装置，所述的方法具有加/解密自由度大、安全级别高的特点；所述的装置具有使用灵活性高和适应性强的特点。为达到上述目的，本专利技术是通过下述技术方案加以实现的。使用并行硬件和算法的电子装置及软件仿真虚拟成像过程对包括图像和语音信息隐藏加/解密的方法，其特征在于，具体做法是对于图像信息在加密端的加密步骤1)对信息平面U0(x0，y0)进行N×N的采样，沿x0和y0方向的采样间隔分别为Δx0和Δy0，用kΔx0和lΔy0替换x0和y0，其中k，l是0到N-1之间的整数。同理用mΔξ和nΔη替换透镜前表面UL1(ξ，η)，后表面的复振幅分布UL2(ξ，η)中的ξ和η；m，n也是0到N-1之间的整数。2)为了提高密级，在光路中加入一个模拟“随机光场”的随机模板(用UM表示)。3)在加密过程中，用离散菲涅尔变换(DFD)计算信息平面和随机模板到透镜前表面的衍射，衍射距离分别为d0和d，它们在透镜前表面的菲涅尔衍射图案将发生干涉，得到干涉图，干涉图又经透镜的复振幅透过率函数的转换到达透镜的后表面。成像透镜后表面的复振幅分布UL2(ξ，η)被当作密文。密文与波长λ，衍射距离d0，透镜焦距f有关，因此用这三个参数来设计密钥。加有密钥的图像信息经通讯线路传至解密端后按下列步骤解密1)用相应的解密参数(钥匙)λ_key、f_key、d0_key计算随机模板在透镜后表面的复振幅分布，从密文中减去该分布值。2)剩下信息物所反射的光波在透镜后表面的复振幅分布，再对此结果作距离为di的衍射(di是透镜后表面到像平面的距离)，就会得到原信息图像的像。对于语音信息的加/解密步骤利用软件将语音数据读取到矩阵中，再利用数组操作将它的元素重新排列使之成为一个N×N的矩阵，然后按照上述图像信息在加密端和解密端加/解密步骤进行操作。按照上述方法实现的加/解密装置是由通用PC机和数字信号处理器、可编程专用集成电路构成的主从式系统，或是由数字信号处理器或可编程专用集成电路构成的脱离PC机单独运行的嵌入式系统；并且装置按照下述顺序连接，装置的输入端与通讯系统的输出端相连接，装置的输出端直接与通讯线路相连接，当原有的通讯系统传输的信息是模拟信号，还要在加/解密装置的前端加上模/数转换接口，在后端加上数/模转换接口。所说的数字信号处理器是单个并行数字信号处理器或由至少两个数字信号处理器构成的阵列。所说的可编程专用集成电路是单个复杂的可编程逻辑器件或由至少两个复杂可编程逻辑器件组成的阵列，或是单个现场可编程门阵列或由至少两个现场可编程门阵列组成的阵列，或是由复杂的可编程逻辑器件和现场可编程门阵列组成的阵列。本专利技术的优点在于(1)较传统数据加密过程有更大的自由度，安全级别很高。比如，可在某一光谱范围任意选择一个波长设计密钥，而不依赖于具有特定波长的物理光源(如激光)；(2)可以在大范围内任意地选择信号平面或随机相位模板的空间位置设计密钥；(3)系统在数字域实现加密和解密，这样可以完全消除光学器件的物理限制，使光学数据加密的思想可以很容易地实现；(4)使用了数字信号处理器或可编程专用集成电路，用电子手段(并行硬件、并行算法)仿真信息光学中并行信息加/解密的物理过程，加/解密速度快、抗外界干扰性能强；(5)可用于各种媒体信息如图像、视频、语音、文本等传输过程的数据加密处理，(6)可构成嵌入式系统，实时完成对敏感信息的加/解密；(7)采用数字信号处理器或可编程专用集成电路实现后，该系统能够迅速跟踪新的算法。只通过软件更新，就能进行产品升级换代。不用重新定制ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，具有很好的灵活性和适应性。附图说明图1是通用PC机和数字信号处理器、可编程专用集成电路构成的主从式加/解密装置工作原理示意图。图2是通用PC机和数字信号处理器、可编程专用集成电路构成的主从式加/解密装置硬件结构框图。图3是通用PC机和数字信号处理器、可编程专用集成电路构成的主从式加/解密装置加密算法的流程框图。图4是通用PC机和数字信号处理器、可编程专用集成电路构成的主从式加/解密装置解密算法的流程框图。图5是数字信号处理器阵列构成的嵌入式加/解密装置结构框图。图6是复杂的可编程逻辑器件阵列构成的嵌入式加/解密装置结构框图。图7是现场可编程门阵列芯片阵列构成的嵌入式加/解密装置结构框图。图8是复杂的可编程逻辑器件阵列与现场可编程门阵列芯片阵列构成的嵌入式加/解密装置结构框图。图中101、201是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟成像的信息隐藏加／解密方法，该方法通过使用并行硬件和算法的电子装置及软件，仿真虚拟成像过程对包括图像和语音的信息隐藏加／解密，其特征在于，具体做法是：对于图像信息在加密端的加密步骤：１）对信息平面Ｕ↓［０］（ｘ↓［０］， ｙ↓［０］）进行Ｎ×Ｎ的采样，沿ｘ↓［０］和ｙ↓［０］方向的采样间隔分别为Δｘ↓［０］和Δｙ↓［０］，用ｋΔｘ↓［０］和ｌΔｙ↓［０］替换ｘ↓［０］和ｙ↓［０］，其中ｋ，ｌ是０到Ｎ－１之间的整数，同理用ｍΔξ和ｎΔη替换透镜前表面Ｕ↓［Ｌ１］（ξ，η），后表面的复振幅分布Ｕ↓［Ｌ２］（ξ，η）中的ξ和η；ｍ，ｎ也是０到Ｎ－１之间的整数；２）在光路中加入一个模拟“随机光场”的随机模板（用Ｕ↓［Ｍ］表示）；３）在加密过程中，用离散菲涅尔变换（ＤＦＤ）计算信息平面和随机模板 到透镜前表面的衍射，衍射距离分别为ｄ↓［０］和ｄ，它们在透镜前表面的菲涅尔衍射图案将发生干涉，得到干涉图，干涉图又经透镜的复振幅透过率函数的转换到达透镜的后表面，成像透镜后表面的复振幅分布Ｕ↓［Ｌ２］（ξ，η）被当作密文，密文与波长λ，衍射距离ｄ↓［０］，透镜焦距ｆ有关，它们是设计密钥的参数；加有密钥的图像信息经通讯线路传至解密端后按下列步骤解密：１）用相应的解密参数（钥匙）λ＿ｋｅｙ、ｆ＿ｋｅｙ、ｄ↓［０］＿ｋｅｙ计算随机模板在透镜后表面的复振幅分布，从密文中减去该 分布值；２）剩下信息物所反射的光波在透镜后表面的复振幅分布，再对此结果作距离为ｄ↓［ｉ］的衍射（ｄ↓［ｉ］是透镜后表面到像平面的距离），就会得到原信息图像的像；对于语音信息的加／解密步骤：利用软件将语音数据读取到矩阵中，再利用数 组操作将它的元素重新排列使之成为一个Ｎ×Ｎ的矩阵，然后按照上述图像信息在加密端和解密端加／解密步骤进行操作。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，张鹏，牛憨笨，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]