获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的方法和装置。该系统包括：点光源结构、光学4f结构、纯相位空间光调制器以及反馈控制装置。所述系统调整纯相位空间光调制器上的相位调制参数使输出面图像中心位置处光强最大，并将该相位调制参数作为所述光学加密系统的等效密钥。该方法使用该系统完成调制。上述方法和装置可以简单获取光学加密系统的等效密钥，成本较低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学密码
中的光学密码分析，特别是涉及一种获取基于随机相位编码的光学加密系统等效密钥的方法和装置。
技术介绍
基于光学理论与方法的数据加密是近年来国际上开始起步发展的新一代信息安全技术。与传统的计算机密码学和信息安全技术相比，光学信息安全技术具有多维度、大容量、高自由度、高鲁棒性、天然并行性等诸多优势。由Refregier和Javidi于1995年提出的基于双随机相位编码(DoubleRandomPhaseEncoding,DRPE)的光学加密系统是一种最为经典的光学图像加密系统。自从这个工作被报导以来，基于光学手段的加密技术得以蓬勃发展。基于DRPE的光学加密方案也从傅里叶变换域被扩展到了其他的一些变换域，比如分数傅里叶变换域和菲涅尔变换域。注意，傅里叶变换、分数傅里叶变换和菲涅尔变换从信号处理的角度来说都属于线性正则变换。因此，这些基于随机相位编码在线性正则变换域的光学加密系统又可以被统称为基于随机相位编码和线性正则变换的光学加密系统。然而，作为密码系统，首要被关注的应该是该系统的安全性，一个密码系统必须经过密码分析的安全评估才能声称是安全的。因此，在光学密码分析方面，上述这一类基于随机相位编码和线性正则变换的光学加密系统的安全性也被广泛的研究。2012年，德里印度理工学院的PramodKumar等人提出一种点扩散函数攻击的光学密码分析方法，针对经典的基于双随机相位编码的光学加密方案及基于双随机相位振幅编码的安全增强型光学加密方案，通过选择一个脉冲函数作为输入，得到相应的系统点扩散函数，并用此点扩散函数可以直接从密文中恢复明文。该方法最大的缺点是需要记录的系统点扩散函数是一个复振幅分布(包括振幅和相位)，而复振幅分布通常无法直接记录和保存，需要借助额外的干涉计量装置或者其他相位测量装置来记录，因此该方法在实际应用中会增加实际装置的复杂性，降低了光学密码分析的效率。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种更为简单的获取基于随机相位编码的光学加密系统等效密钥的方法和装置。一种获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的装置，用于攻击基于随机相位编码的光学加密系统以获得所述光学加密系统的等效密钥，包括：点物结构，用于产生位于所述光学加密系统的输入平面中心位置处的点物；光学4f结构，包括第一透镜和第二透镜，用于级联在所述光学加密系统的输出平面；其中所述第一透镜更靠近所述光学加密系统；纯相位空间光调制器，位于所述第一透镜和第二透镜之间，用于对穿过所述第一透镜的光进行相位调制；反馈控制装置，用于获取所述第二透镜的焦平面上的图像的光强数据，并根据获得的光强数据控制所述纯相位空间光调制器对穿过所述第一透镜的光的相位进行调制，以获得使所述第二透镜的焦平面上图像中心位置处光强最大时的相位调制参数；以所述相位调制参数作为所述光学加密系统的等效密钥。在其中一个实施例中，所述点物结构用于根据脉冲函数生成位于所述光学加密系统的输入平面中心位置处的点物。在其中一个实施例中，所述反馈控制装置包括：相机单元，位于所述第二透镜的焦平面处，用于拍摄所述第二透镜的焦平面上的图像；计算单元，与所述相机单元通信连接，用于获取所述相机单元拍摄的图像以计算图像中心位置处的光强数据；反馈单元，用于根据所述光强数据生成调整所述纯相位空间光调制器的相位调制参数的控制信号；所述计算单元还用于分析光强数据以获得图像中心位置处的最大光强度。在其中一个实施例中，所述相机单元为CCD相机。一种获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的方法，基于上述的系统，包括：从所述光学加密系统的输入平面输入点物作为设定的明文；将所述光学加密系统的输出平面上的密文经第一透镜聚焦；将所述第一透镜焦平面处的透射光进行相位调制，并使调制后的透射光经过第二透镜；获取所述第二透镜的焦平面上的图像的光强数据，并根据获得的光强数据控制所述纯相位空间光调制器对穿过所述第一透镜的光波的相位进行调制，以获得使所述第二透镜的焦平面上的图像中心位置处光强最大的相位调制参数；以所述相位调制参数作为所述光学加密系统的等效密钥。在其中一个实施例中，所述根据获得的光强数据控制所述纯相位空间光调制器对穿过所述第一透镜的光的相位进行调整，以获得使所述第二透镜的焦平面上图像中心位置处光强最大的相位调制参数的步骤包括：将所述纯相位空间光调制器的二维表面划分为面积等大的N×N个方形调制单元，首行首列的调制单元为第一个调制单元，末行末列的调制单元为最后一个调制单元；并将每个调制单元的初始相位设为0；对所述N×N个方形调制单元，进行如下处理：从第一个调制单元开始调制，作为当前调制单元；对当前调制单元加载不同的相位值，并计算位于第二透镜的焦平面上、与当前调制单元对应的图像中心位置处的光强；获取对应于图像中心位置处光强最大的相位值作为当前调制单元的相位调制参数；获取下一个调制单元的相位调制参数直至所有的调制单元处理完成；其中，下一个调制单元的相位调制以其之前所有的调制单元调制完成为基础，最后一个调制单元调制完成后即完成了所有调制单元的调制；以调制完成的纯相位空间光调制器上的相位分布作为等效密钥。在其中一个实施例中，所述加载的不同的相位值为将范围为0～2π的相位值分配为等值的K个相位值，每个为2iπ/K，1≤i≤K，i为整数。在其中一个实施例中，5≤K≤20。在其中一个实施例中，所述10≤N≤50。在其中一个实施例中，在评价光强大小时，采用光强增长因子η作为监测参数，所述光强增长因子η定义为调整相位后的图像中心位置处光强Im与调整相位前的图像统计平均光强<I0>的比值。上述系统和方法通过将点光源输入到光学加密系统，并采用光学4f结构、纯相位空间光调制器以及反馈控制装置的调整和处理，可以将从光学加密系统输出的光线进行不断的相位调制，使第二透镜焦平面上的各处光强最大，从而将从光学加密系统输出的杂散光斑还原为光点。获得光学加密系统的等效密钥，该方法简单，系统成本较低。附图说明图1为光学加密系统的加密过程示意图；图2为一实施例的装置结构图；图3为图2中的反馈控制装置的模块图；图4为一实施例的方法流程图；图5为图4中调整相位的具体方法流程图；图6为纯相位空间光调制器对各调制单元的调制顺序示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例进行进一步说明。以下实施例提供一种装置，用于获得基于随机相位编码的光学加密系统的等效密钥。基于随机相位编码和线性正则变换的光学加密系统可以用一种通用模型来表示。如图1所示，令M1,M2,…,Mi分别表示随机相位模板，它们之间相互统计独立并担任加密系统密钥的角色。为了描述精简，在以下的表述中我们省略了相关坐标参数。通常明文被放置在加密系统的输入平面。当用相干光照明整个系统时，将加密系统的输出平面上的复振幅分布作为加密系统的密文；而当用非相干光照明整个加密系统时，则将输出平面上的强度分布作为加密系统的密文。因此，系统的加密过程可以用下面这个通用的表达式来描述：C＝LCT{LCT{LCT{P×M1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的装置，用于攻击基于随机相位编码的光学加密系统以获得所述光学加密系统的等效密钥，其特征在于，包括：点物结构，用于产生位于所述光学加密系统的输入平面中心位置处的点物；光学4f结构，包括第一透镜和第二透镜，用于级联在所述光学加密系统的输出平面；其中所述第一透镜更靠近所述光学加密系统；纯相位空间光调制器，位于所述第一透镜和第二透镜之间，用于对穿过所述第一透镜的光进行相位调制；反馈控制装置，用于获取所述第二透镜的焦平面上的图像的光强数据，并根据获得的光强数据控制所述纯相位空间光调制器对穿过所述第一透镜的光的相位进行调制，以获得使所述第二透镜的焦平面上图像中心位置处光强最大时的相位调制参数；以所述相位调制参数作为所述光学加密系统的等效密钥。

【技术特征摘要】
1.一种获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的装置，用于攻击基于随机相位编码的光学加密系统以获得所述光学加密系统的等效密钥，其特征在于，包括：点物结构，用于产生位于所述光学加密系统的输入平面中心位置处的点物；光学4f结构，包括第一透镜和第二透镜，用于级联在所述光学加密系统的输出平面；其中所述第一透镜更靠近所述光学加密系统；纯相位空间光调制器，位于所述第一透镜和第二透镜之间，用于对穿过所述第一透镜的光进行相位调制；反馈控制装置，用于获取所述第二透镜的焦平面上的图像的光强数据，并根据获得的光强数据控制所述纯相位空间光调制器对穿过所述第一透镜的光的相位进行调制，以获得使所述第二透镜的焦平面上图像中心位置处光强最大时的相位调制参数；以所述相位调制参数作为所述光学加密系统的等效密钥。2.根据权利要求1所述的获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的装置，其特征在于，所述点物结构用于根据脉冲函数生成位于所述光学加密系统的输入平面中心位置处的点物。3.根据权利要求1所述的获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的装置，其特征在于，所述反馈控制装置包括：相机单元，位于所述第二透镜的焦平面处，用于拍摄所述第二透镜的焦平面上的图像；计算单元，与所述相机单元通信连接，用于获取所述相机单元拍摄的图像以计算图像中心位置处的光强数据；反馈单元，用于根据所述光强数据生成调整所述纯相位空间光调制器的相位调制参数的控制信号；所述计算单元还用于分析光强数据以获得图像中心位置处的最大光强度。4.根据权利要求3所述的获取随机相位编码光学加密系统等效密钥的装置，其特征在于，所述相机单元为CCD相机。5.一种获取随机相位编码的光学加密系统等效密钥的方法，基于权利要求1～4任一项所述的系统，包括：从所述光学加密系统的输入平面输入点物作为设定的明文；将所述光学加密系统的输出平面上的密文经第一透镜聚焦；将所述第一透镜焦平面处的透射光进行相位调制，并使调制后的透射光经过第二透镜；获取所述第二透镜的焦平面上的图像的光强数据，并根据获得的光强数据控制所述纯相位空间光调...

【专利技术属性】
技术研发人员：何文奇，廖美华，彭翔，卢大江，何江涛，
申请(专利权)人：深圳大学，深圳市易尚展示股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44