[发明专利]基于柱面衍射域和相位截断的非对称图像加密和认证方法

说明书

本发明提供一种基于柱面衍射域和相位截断的非对称图像加密和认证方法，包括如下步骤：将待加密的明文图像采用随机相位掩模调制和由内到外柱面衍射，再经过稀疏采样，获得稀疏采样谱；使用相位截断保留操作将稀疏采样谱分解成相位解密秘钥和实值振幅密文；结合相位解密秘钥和实值振幅密文，重构稀疏采样谱；将稀疏采样谱通过由外到内的逆柱面衍射，得到逆衍射谱，再通过随机相位掩模的共轭调制，得到解密结果；采用非线性相关认证解密结果与输入的明文图像，若解密结果与明文图像相关，则非线性相关分布出现唯一的高峰值；若解密图像与输入明文图像不相关，则非线性相关呈现类噪声效果且无高峰值。本发明提供的方法能克服稀疏采样高比例下的轮廓和信息泄露问题。

【技术领域】

本发明涉及多媒体信息安全技术领域，尤其涉及一种基于柱面衍射域和相位截断的非对称图像加密和认证方法。

【背景技术】

自从经典双随机相位编码技术(Double Random-Phase Encoding，DRPE)在1995年被Refregier和Javidi提出以来，傅里叶光学理论在信息安全领域得到广泛的研究和深入的应用。有很多扩展的编码技术通过融合双随机相位编码和菲涅尔变换、分数随机变换等来增强其安全性。DRPE以及它的扩展编码技术由于DRPE内在的对称性和线性特性而不能抵御传统攻击，例如已知明文攻击、选择明文攻击和选择秘钥攻击。

相关技术中，为克服对称性和线性特性，一个整合DRPE和光子计数成像(photo-counting imaging)的非对称图像加密和认证方法被提出。在这个方法中，稀疏表示应用到加密图像使得解密图像中无法通过肉眼直接感知明文图像的任何感知信息，必须使用非线性相关(nonlinear correlation)才能实现图像认证。但是，稀疏表示的比例必须严格控制才能保证不遭受内在的可感知轮廓问题(silhouette problem)和避免出现信息泄露问题。同时，该方法还存在复值输出问题，不方便传输和存储。此外，该方法还对基于迭代相位恢复的特殊攻击具有脆弱性。

因此，针对这两类亟待解决的问题提出一种基于柱面衍射域和相位截断的非对称图像加密和认证方法。

【发明内容】

本发明的目的是克服装上述技术问题，提供一种能够获得更加高效和安全的图像认证结果的基于柱面衍射域和相位截断的非对称图像加密和认证方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于柱面衍射域和相位截断的非对称图像加密和认证方法，包括如下步骤：

S1：将待加密的明文图像采用随机相位掩模调制和由内到外柱面衍射，再经过稀疏采样，获得稀疏采样谱；

S2：使用相位截断保留操作将所述稀疏采样谱分解成相位解密秘钥和实值振幅密文；

S3：结合所述相位解密秘钥和所述实值振幅密文，重构所述稀疏采样谱；

S4：将所述稀疏采样谱通过由外到内的逆柱面衍射，得到逆衍射谱，再通过所述随机相位掩模的共轭调制，得到解密结果；

S5：采用非线性相关认证所述解密结果与所述明文图像，若解密结果与所述明文图像相关，则非线性相关分布出现唯一的高峰值；若解密结果与所述明文图像不相关，则非线性相关呈现类噪声效果且无高峰值。

优选的，所述步骤S1具体为：

将待加密的输入图像定位在半径为R_o的柱体内表面，采用随机均匀分布在[0,1]内的随机相位掩模RPM调制，并将调制结果使用由内到外衍射模式传播到半径为R_i的柱体外表面，得到柱面衍射谱，所述柱面衍射谱的计算公式为：