【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光学信息处理领域，具体涉及一种基于双随机相位图像编码系统的密码学破解方法和装置。
技术介绍
基于光学理论与方法的数据加密和信息隐藏是近年来国际上开始起步发展的新一代信息安全技术。并行数据处理是光学系统的固有能力，如在光学系统中一副二维图像中每一个像素都可以同时得被传播和处理。当进行大量信息处理时，光学系统的并行处理能力很明显占有绝对的优势。并且，所处理的图像越复杂，信息量越大，这种优势就越明显。同时光学加密装置比电子加密装置具有更多的自由度。信息可以被隐藏在多个自由度空间中。在完成数据加密或信息隐藏的过程中，可以通过计算光的干涉、衍射、滤波、成像、全息等过程，对涉及的波长、焦距、振幅、光强、相位、偏振态及光学元件的参数等进行多维编码。与传统基于数学的计算机密码学和信息安全技术相比，具有多维度、大容量、高自由度、高鲁棒性、天然并行性等诸多优势。在众多光学加密方案中，美国B.Javidi的研究成果最具代表性。Javidi等人于1995年首次提出可由光学器件实现的双随机相位图像编码加密方案，并成功将一幅明文图像加密成噪声图像，该技术已获美国专利保护。此后，其它基于双随机相位图像编码系统的加密方案相继被提出。双随机相位编码加密方案采用标准4-F系统来实现，明文图像置于4-F系统的输入面上，两块相互独立(即统计无关)的随机相位板(作为4-F系统的密钥)分别置于4-F系统的输入平面和频谱平面(也称为傅里叶平面)上，使得明文信息分别在空间域和频率域受到随机扰乱，从而白化谱密度分布，达到加密图像的目的，最后在4-F系统的输出面上得到统计特性随时间平移不变的...
【技术保护点】
一种基于双随机相位图像编码系统的密码学破解方法，其特征在于，包括：针对待解密图像中的每个像素点初始化一随机数作为输入函数；在所述输入函数的基础上进行支撑恢复处理；在所述支撑恢复处理的基础上进行明文恢复处理；在所述明文恢复处理的基础上进行精确恢复处理；在所述精确恢复处理的基础上确定明文、空间域密钥和频率域密钥；其中，所述在所述输入函数的基础上进行支撑恢复处理，包括：对输入函数g(x，y)进行迭代处理，其中，每一次的迭代处理包括：对g(x，y)进行傅里叶变换，得到G(u，v)，其中，g(x，y)表示所述待解密图像中第x行第y列的像素点当次的像素值；将G(u，v)的振幅值替换为所述待解密图像的密文在频率域的振幅|ψ(u，v)|后进行逆傅里叶变换，得到中间函数g'(x，y)；将中间函数的振幅值最大的K个像素点位置作为当次迭代的支撑S，并根据第一公式更新输入函数，之后返回执行所述支撑恢复处理过程中的所述对g(x，y)进行傅里叶变换的步骤以及后续步骤，直至满足预设的支撑恢复迭代停止条件，所述K的初始值为大于2的预设值；所述第一公式为在上述第一公式中，β为预设系数；其中，所述在所述支撑恢复处理的基础...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于双随机相位图像编码系统的密码学破解方法，其特征在于，包括：针对待解密图像中的每个像素点初始化一随机数作为输入函数；在所述输入函数的基础上进行支撑恢复处理；在所述支撑恢复处理的基础上进行明文恢复处理；在所述明文恢复处理的基础上进行精确恢复处理；在所述精确恢复处理的基础上确定明文、空间域密钥和频率域密钥；其中，所述在所述输入函数的基础上进行支撑恢复处理，包括：对输入函数g(x，y)进行迭代处理，其中，每一次的迭代处理包括：对g(x，y)进行傅里叶变换，得到G(u，v)，其中，g(x，y)表示所述待解密图像中第x行第y列的像素点当次的像素值；将G(u，v)的振幅值替换为所述待解密图像的密文在频率域的振幅|ψ(u，v)|后进行逆傅里叶变换，得到中间函数g'(x，y)；将中间函数的振幅值最大的K个像素点位置作为当次迭代的支撑S，并根据第一公式更新输入函数，之后返回执行所述支撑恢复处理过程中的所述对g(x，y)进行傅里叶变换的步骤以及后续步骤，直至满足预设的支撑恢复迭代停止条件，所述K的初始值为大于2的预设值；所述第一公式为在上述第一公式中，β为预设系数；其中，所述在所述支撑恢复处理的基础上进行明文恢复处理，包括：在所述支撑恢复迭代停止时得到的S和g(x，y)的基础上，执行步骤S1、步骤S2和步骤S3的迭代处理，直至满足预设的明文恢复迭代停止条件，其中，所述步骤S1为对g(x，y)进行傅里叶变换，得到G(u，v)，所述步骤S2为将G(u，v)的振幅值替换为所述待解密图像的密文在频率域的振幅|ψ(u，v)|后进行逆傅里叶变换，得到g'(x，y)；所述步骤S3为根据所述第一公式更新输入函数；其中，所述在所述明文恢复处理的基础上进行精确恢复处理，包括：在明文恢复处理停止时得到的S和g(x，y)的基础上，迭代执行T1次所述步骤S1、S2和S3，接着迭代执行T2次步骤S4、S5和S6，交替进行直至所述精确恢复处理过程中的累计迭代次数达到T3，其中，所述T1、T2和T3为大于2的预设值，且所述T3大于所述T1和所述T2的和；当在所述精确恢复处理过程中的累计迭代次数达到所述T3时，根据第三公式计算均方误差NMSE；若所述NMSE达到预设精度，则执行所述在所述精确恢复处理的基础上确定明文、空间域密钥和频率域密钥的步骤，若所述NMSE未达到所述预设精度，则将所述精确恢复处理过程中的累计迭代次数清零，并以当次得到的S和g(x，y)为基础返回执行所述步骤S1、所述步骤S2和所述步骤S3的迭代处理，直至满足所述明文恢复迭代停止条件；其中，所述步骤S4为对g(x，y)进行傅里叶变换，得到G(u，v)，所述步骤S5为将G(u，v)的振幅值替换为所述待解密图像的密文在频率域的振幅|ψ(u，v)|后进行逆傅里叶变换，得到中间函数g'(x，y)，所述步骤S6为将中间函数的振幅值最大的K个像素点位置作为当次迭代的支撑S，并根据第二公式更新输入函数；所述第二公式为：所述第三公式为：所述第三公式中的M和N分别为所述待解密图像中像素点的总行数和总列数；其中，所述在所述精确恢复处理的基础上确定明文、空间域密钥和频率域密钥，包括：将所述精确恢复处理后得到的g(x，y)的振幅值确定为所述待解密图像的明文，将所述精确恢复处理后得到的g(x，y)的相位部分确定为所述待解密图像的空间域密钥；根据第四公式确定所述待解密图像的频率域密钥exp[i2πb(u，v)]，其中，所述第四公式为：或2.根据权利要求1所述的密码学破解方法，其特征在于，所述将中间函数的振幅值最大的K个像素点位置作为当次迭代的支撑S，并根据第一公式更新输入函数，之后包括：判断在所述支撑恢复处理过程中的累计迭代次数是否达到T4，其中，所述T4为大于2的预设值；若在所述支撑恢复处理过程中的累计迭代次数未达到T4，则返回执行所述支撑恢复处理过程中的所述对g(x，y)进行傅里叶变换的步骤以及后续步骤；若所述支撑恢复处理过程中的累计迭代次数达到T4，则判断当次由K确定的阈值是否小于预设的阈值，其中，当次由K确定的阈值等于当次g'(x，y)的振幅值由大到小排列的第K个g'(x，y)的振幅值；若当次由K确定的阈值小于所述预设的阈值，则判定满足预设的支撑恢复迭代停止条件；若当次由K确定的阈值不小于所述预设的阈值，则将所述支撑恢复处理过程中的累计迭代次数清零，并令K＝K+a％*M*N，之后返回执行所述支撑恢复处理过程中的所述对g(x，y)进行傅里叶变换的步骤以及后续步骤，其中，a为预设的不小于1的值。3.根据权利要求2所述的密码学破解方法，其特征在于，所述K的初始值取所述待解密图像中的像素点总数的1％；所述a等于1。4.根据权利要求1至3任一项所述的密码学破解方法，其特征在于，在所述明文恢复处理中，所述步骤S3之后包括：判断在所述明文恢复处理中的累计迭代次数是否达到预设的迭代次数；若在所述明文恢复处理中的累计迭代次数达到预设的迭代次数，则判定满足预设的明文恢复迭代停止条件；若在所述明文恢复处理中的累计迭代次数未达到预设的迭代次数，则返回执行所述步骤S1。5.根据权利要求1至3任一项所述的密码学破解方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓利，吴佳琛，何文奇，彭翔，徐晨，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44
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