基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法技术

本发明专利技术一种基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法，涉及多图像光学加密技术领域。其特点在于，包括步骤A生物特征密钥库建立；B多图像多级Gyator变换联合加密；C生物特征密钥提取身份认证；D多图像多级Gyator逆变换联合解密。主要技术贡献：用人体生物特征图像产生具有独特性质的生物特征密钥进行加密。在Gyrator变换域对多图像进行非对称加密，克服了对称加密系统的线性性质，安全性大大提高。在获取生物特征密钥的过程中，用户身份验证系统，提高了整个加密解密系统的安全性。它具有适用范围广，结构简单，携带方便，安全性好等的优势，为解决互联网信息安全，特别在光学图像信息传递的安全性方面提供了新的技术手段。

Multi-image Encryption and Authentication Based on Biometric Key

The invention provides a multi-image encryption and authentication method based on biometric key, and relates to the technical field of multi-image optical encryption. Its features include the establishment of step A biometric key bank, the joint encryption of multi-level Gyator transform for multi-image B, the identity authentication of C biometric key extraction, and the joint decryption of multi-level Gyator inverse transform for multi-image D. Major technical contributions: Encryption using biometric images of human body to generate biometric keys with unique properties. The asymmetric encryption of multi-images in Gyrator transform domain overcomes the linear property of symmetric encryption system and greatly improves the security. In the process of obtaining biometric key, user authentication system improves the security of the whole encryption and decryption system. It has the advantages of wide application range, simple structure, convenient carrying and good security. It provides a new technical means to solve the security of Internet information security, especially in the security of optical image information transmission.

【技术实现步骤摘要】
基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法
本专利技术涉及多图像光学加密
，具体指一种基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法。
技术介绍
随着信息时代的到来，海量信息的处理和传输是人们面临的难题，尤其是某些秘密信息的传输存在安全隐患。因此，需要一种安全、高效的信息加密技术来解决上述问题。光学图像加密技术由于其具有并行、高速、低成本和多自由度等特点，可进行多维度编码和信息加密，成为近年来信息安全领域的研究热点。近年来，国内外学者先后提出了一些多图像的光学加密方法。Situ和Zhang提出了采用波长复用技术的多图像加密技术，但由于波长敏感性强导致解密图像存在交叉噪声，解密图像质量不高。Narendra等人提出了并联多组不同的二次相位加密系统实现多幅图像的加密，但每幅图像的加密过程属于线性运算，抵御各种攻击的能力不强。Wang等人通过结合级联相位编码和改进的Gerchberg-Saxton算法，在Gyrator域提出了一种多幅图像的加密和认证方案。Pan等人将相位恢复和像素行、列循环移动置乱技术结合，提出了一种基于复振幅场信息复用和RSA算法的非对称多幅图像认证方法，提高了加密信息的安全性等。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有信息加密技术中存在的缺陷和不足，提出一种基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法，即结合多级Gyrator变换和非对称加密技术，将多幅图像用多级不同的生物特征密钥进行分级加密，获得包含了所有待加密图像的信息，同时生物特征密钥的提取需要分级授权和身份认证的单幅密文。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法，包括步骤：生物特征密钥库建立，多图像多级Gyator变换联合加密，生物特征密钥提取身份认证，多图像多级Gyator逆变换联合解密四个部分，其包括下列详细步骤：步骤1：生物特征密钥库建立用图像采集器采集用户的生物特征原始图像，如指纹图像或人脸图像，特征图像的数量大于加密系统所需的生物特征密钥的数量，输入到图像处理器后，对采集到的生物特征图像进行平滑、滤波和盖伯增强，保存在生物特征图像库中；在生物特征图像库中选取用于加密生物特征图像和随机相位函数相乘后，经过傅里叶变换，得到傅里叶谱，取傅里叶谱的实部作为生物特征密钥；重复前一步骤，从生物特征图像库中选取更多的生物特征图像，获得更多的生物特征密钥，建立生物特征密钥库。步骤2：多图像多级Gyator变换联合加密第一待加密图像和第一随机相位板相乘，经过Gyrator变换后得到第一图像Gyrator变换谱，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第一图像解密私钥，实部部分和第一生物特征密钥相加后形成第一复合加密密钥，作为第一复函数的虚部；第二待加密图像和第二随机相位板相乘，经过Gyrator变换得到第二图像Gyrator变换谱，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第二图像解密私钥，实部部分作为第一复函数的实部；构造出第一复函数后，经过第一Gyrator变换，得到第一Gyrator变换谱，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第一解密私钥，实部部分和第二生物特征密钥相加形成第二复合加密密钥，作为第二复函数的虚部；第三待加密图像和第三随机相位板相乘，经过Gyrator变换得到第三图像Gyrator变换谱，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第三图像解密私钥，实部部分作为第二复函数的实部；构造出第二复函数后，经过第二Gyrator变换，得到第二Gyrator变换谱，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第二解密私钥，实部部分依次重复前一步骤，得到第(n-2)Gyrator变换谱的实部，与第(n-1)生物特征密钥相加得到第(n-1)复合加密密钥，作为第(n-1)复函数的虚部；第n待加密图像和第n随机相位板相乘，经过Gyrator变换得到第n图像Gyrator变换谱，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第n图像解密私钥，实部部分作为第(n-1)复函数的实部；构造出第(n-1)复函数经过第(n-1)Gyrator变换，得到第(n-1)Gyrator变换谱，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第(n-1)解密私钥，实部部分作为第n复函数的实部，第n生物特征密钥作为虚部，构造出第n复函数，经过第nGyrator变换，得到第nGyrator变换谱，然后作振幅截断获得相位部分作为第n解密私钥，作相位截断获得振幅部分，即加密密文。所述第n生物特征密钥具有最高级别的加密权限，第(n-1)生物特征密钥的权限次之，接着权限依次递减，第二生物特征密钥对第一待加密图像和第二待加密图像有加密效果，第一生物特征密钥的权限最低，只对第一待加密图像有作用，于是整个加密系统形成多图像分级联合加密过程。步骤3：生物特征密钥提取身份认证通过图像采集器采集待认证用户的生物特征图像，经过图像处理器，输入到生物特征图像认证系统中，通过和生物特征图像库中的生物特征图像比对，得到反馈信息：匹配和不匹配；如果匹配，则提取该认证用户的生物特征图像，获得相应的生物特征密钥，进入解密过程；否则，系统发出警报，解密停止。步骤4：多图像多级Gyator逆变换联合解密加密密文和第n解密私钥相乘，经过第nGyrator逆变换后得到第nGyrator逆变换谱，减去i乘以第n生物特征密钥，得到加密系统中第(n-1)Gyrator变换谱的实部，再加上i乘以第(n-1)解密私钥，经过第(n-1)Gyrator逆变换得到第(n-1)Gyrator逆变换谱，分别取其实部和虚部，实部部分加上i乘以第n图像解密私钥，经过Gyrator逆变换后，再乘以第n共轭随机相位板，得到第n解密图像；第(n-1)Gyrator逆变换谱的虚部和第(n-1)生物特征密钥相减，得到加密系统中第(n-2)Gyrator变换谱的实部，以此类推，得到加密系统中第二Gyrator变换谱的实部，然后加上i乘以第二解密私钥，经过第二Gyrator逆变换后得到第二Gyrator逆变换谱，分别取其实部和虚部，实部部分加上i乘以第三图像解密私钥，经过Gyrator逆变换后，乘以第三共轭随机相位板，输出第三解密图像；第二Gyrator逆变换谱的虚部和第二生物特征密钥相减，得到加密系统中第一Gyrator变换谱的实部然后加上i乘以第一解密私钥，经过第一Gyrator逆变换后得到第一Gyrator逆变换谱，分别取其实部和虚部，实部部分加上i乘以第二图像解密私钥，经过Gyrator逆变换后，乘以第二共轭随机相位板，输出第二解密图像；第一Gyrator逆变换谱的虚部和第一生物特征密钥相减，得到加密系统中第一图像Gyrator变换谱的实部，加上i乘以第一图像解密私钥，经过Gyrator逆变换后，再乘以第一共轭随机相位板，输出第一解密图像。所述第一Gyrator逆变换是第一Gyrator变换的逆变换，第二Gyrator逆变换是第二Gyrator变换的逆变换，第(n-1)Gyrator逆变换是第(n-1)Gyrator变换的逆变换，第nGyrator逆变换是第nGyrator变换的逆变换。所述第一共轭随机相位板是第一随机相位板的共轭复数，第二共轭随机相位板是第二随机相位板的共轭复数，第三共轭随机相位板是第三随机相位板的共轭复数，第n共轭随机相位板是第n随机相位板的共轭复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法，其特征在于，包括步骤：A.生物特征密钥库建立；B.多图像多级Gyator变换联合加密；C.生物特征密钥提取身份认证；D.多图像多级Gyator逆变换联合解密。

【技术特征摘要】
1.一种基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法，其特征在于，包括步骤：A.生物特征密钥库建立；B.多图像多级Gyator变换联合加密；C.生物特征密钥提取身份认证；D.多图像多级Gyator逆变换联合解密。2.如权利要求1所述的基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法，其特征在于，所述步骤A.生物特征密钥库建立：用图像采集器(11)采集用户的生物特征原始图像(12)，如指纹图像或人脸图像；特征图像的数量大于加密系统所需的生物特征密钥的数量，输入到图像处理器13，对采集到的生物特征图像进行平滑、滤波和盖伯增强，保存在生物特征图像库(14)中；在生物特征图像库(14)中选取用于加密生物特征图像(15)和随机相位函数(16)相乘后，经过傅里叶变换，得到傅里叶谱(17)，取傅里叶谱的实部(18)作为生物特征密钥；重复前一步骤从生物特征图像库(14)中选取更多的生物特征图像，获得更多的生物特征密钥，建立生物特征密钥库(19)。3.如权利要求1所述的基于生物特征密钥的多图像加密和认证方法，其特征在于，所述步骤B.多图像多级Gyator变换联合加密：第一待加密图像f1和第一随机相位板R1相乘，经过Gyrator变换后得到第一图像Gyrator变换谱gf1，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第一图像解密私钥Pf1，实部部分Af1和第一生物特征密钥E1相加后形成第一复合加密密钥，作为第一复函数H1的虚部；第二待加密图像f2和第二随机相位板R2相乘，经过Gyrator变换得到第二图像Gyrator变换谱gf2，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第二图像解密私钥Pf2，实部部分Af2作为第一复函数H1的实部；构造出第一复函数H1后，经过第一Gyrator变换，得到第一Gyrator变换谱G1，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第一解密私钥PG1，实部部分AG1和第二生物特征密钥E2相加形成第二复合加密密钥，作为第二复函数H2的虚部；第三待加密图像f3和第三随机相位板R3相乘，经过Gyrator变换得到第三图像Gyrator变换谱gf3，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第三图像解密私钥Pf3，实部部分Af3作为第二复函数H2的实部；构造出第二复函数H2后，经过第二Gyrator变换，得到第二Gyrator变换谱G2，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第二解密私钥PG2，实部部分AG2依次重复前一步骤，得到第(n-2)Gyrator变换谱的实部，与第(n-1)生物特征密钥En-1相加得到第(n-1)复合加密密钥，作为第(n-1)复函数Hn-1的虚部；第n待加密图像fn和第n随机相位板Rn相乘，经过Gyrator变换得到第n图像Gyrator变换谱gfn，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第n图像解密私钥Pfn，实部部分Afn作为第(n-1)复函数Hn-1的实部；构造出第(n-1)复函数Hn-1经过第(n-1)Gyrator变换，得到第(n-1)Gyrator变换谱Gn-1，分别取其实部和虚部，虚部部分作为第(n-1)解密私钥PG(n-1)，实部部分AG(n-1)作为第n复函数Hn的实部，第n生物特征密钥En作为虚部，构造出第n复函数Hn，经过第nGyrator变换，得到第nGyrator变换谱Gn，然后作振幅截断获得相位部分作为第n...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫爱民，陆晨旭，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：上海,31