CN106339979B - 一种基于哈希函数的计算全息加密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种基于哈希函数的计算全息加密方法。针对一个需要加密的物体，首先利用计算全息编码的方式将其信息记录在一幅全息图中，然后设置哈希函数，根据哈希函数和哈希表对全息图二维离散化的像素进行无冲突置乱排列，改变原全息图像素分布，从而得到密文图像。解密过程是加密的逆过程，只有获取对应的哈希函数和冲突处理操作才能进行准确解密再现。

Description

一种基于哈希函数的计算全息加密方法
技术领域
本发明涉及计算全息加密技术，更具体地说，本发明涉及一种基于哈希函数的计算全息加密技术。
背景技术
随着信息技术的迅猛发展，信息加密和防伪日益得到重视，吸引越来越多的研究者投入到这一方面的研究，出现了多种加密手段，如光学加密、计算机加密和量子加密等来保证信息传输的安全性。其中，全息加密作为一种特殊的加密方法，因其既可以通过计算机实现又可通过光学实现这一显著优势，且具有高速、并行、高加密维度等特点，而被广泛应用到信息加密防伪领域。
双随机相位编码光学加密方法自1995年被首次提出后经过改进和扩展，可以在菲涅尔域、傅里叶域和分数傅里叶域应用。相比之下，基于菲涅尔变换和分数傅里叶变换的全息加密系统因密钥个数更多而具有更高的安全性。附图1是最具有代表性的基于4f系统双随机相位加密方法的示意图，但随机相位板的破坏会严重影响解密效果，且现有全息加密方法一般对光路和参数等精确性的要求严苛，操作较为复杂。因此在保证信息安全性的前提下，如何有效降低加密和解密过程的繁琐程度是信息加密中的重要研究方向。
发明内容
本发明提出一种基于哈希函数的计算全息加密方法。如附图2所示，针对一个需要加密的物体，首先利用计算全息编码的方式将其信息记录在一幅全息图中，然后设置哈希函数，根据哈希函数和哈希表对全息图二维离散化的像素进行无冲突置乱排列，改变原全息图像素分布，从而得到密文图像。解密过程是加密的逆过程，只有获取对应的哈希函数和冲突处理操作才能进行准确解密再现。
本发明基于哈希函数的计算全息加密方法，包括以下几个步骤：
步骤一：针对一个待加密的物体，设置尺寸、抽样间距、波长、传播距离等参数后基于衍射理论对物体的光场分布进行数字模拟，经过迭代运算并编码得到其全息图map(i,j)，(i, j)为全息图上像素坐标，1≤ i≤N，1≤ j ≤M，其中M为全息图横向像素数，N为全息图竖向像素数。
步骤二：设置不同的哈希函数H 1(i)、H 2(j)，根据哈希函数和相应哈希表确定行像素与列像素新的存储地址，从而对全息图像素进行置乱加密，如附图3所示。对于全息图map(i, j)的任意像素(i, j)，按照哈希函数确定其在置乱全息图中的坐标(i’, j’)，其对应的关系满足：
(1)
步骤三：检测步骤二中全息图像素置乱操作是否存在冲突。若全息图任意像素在置乱全息图中有唯一且彼此不相同的存储地址，则像素置乱操作不存在冲突，就完成了基于哈希函数的计算全息加密过程，所得到的置乱全息图即为最终的密文图像；否则，若对于两个或更多不同的像素如(i 1, j 1)、(i 2, j 2)在像素置乱排列后对应的存储地址相同，即(i 1 ’, j 1 ’) = (i 2 ’, j 2 ’)，这就产生了冲突。此时必须适当处理冲突，也就是对于像素(i 2,j 2)，要设置新的哈希函数H 3(i, j)以寻找下一个可用的存储地址(i 2 ” , j 2 ” )，使得各像素均匀、唯一地分布在置乱全息图中，以保证加密过程的完整性和可认证性。最终得到的map(i ” , j ” )即为密文图像。
步骤四：解密是加密的逆过程，通过建立一个M × N阶的二维空矩阵map’(i, j)来实现解密。相应地，对于该空矩阵中每个存储空间单元(i, j)，根据步骤二、三中加密时的像素置乱规律及冲突处理方式，确定其在密文图像中对应的像素坐标，并将此坐标下的像素值写入该存储空间单元(i, j)，重新恢复出正确的全息图像素排列，得到解密全息图，进而根据编码记录的全息图所对应的再现方式解密出所需要的原始信息。
优选地，计算编码得到的全息图类型为256阶灰度图表示的归一化复振幅分布，即纯相位全息图。
优选地，步骤二中对于像素进行置乱排列时按照全息图中像素从左到右，从上到下的顺序进行，并依序处理可能出现的冲突，以保证每个存储地址是可用的。
附图说明
附图1为传统基于4f系统双随机相位加密方法的示意图。
附图2为基于哈希函数的计算全息加密解密流程图。
附图3为基于哈希函数的计算全息加密原理示意图。
附图4为本发明中用于加密的原图。
附图5为本发明中原图的全息图。
附图6为本发明中全息图数字再现结果。
附图7为本发明中的密文图像。
附图8为本发明中盲解密结果。
附图9为本发明中的解密全息图。
附图10为本发明中数字解密再现结果。
上述附图中的图示标号为：
1输入面，2随机相位板I，3透镜，4随机相位板II，5输出面，6透镜焦距，7全息图像素。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施例
下面详细说明利用本发明一种基于哈希函数的计算全息加密方法的一个典型实施例，对本发明进行进一步的具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一个实施例具体步骤为：
步骤一：使用MATLAB R2013a版本程序读入附图4所示用于加密的原图，其像素分辨率为19201080，即M=1920，N=1080。经过30次Gerchberg-Saxton(GS)迭代循环，编码生成傅里叶变换纯相位全息图，如附图5所示。全息图的数字再现结果如附图6所示，只需要简单的逆傅里叶变换就可以完整恢复出原图信息，并且理论上该全息图任何一部分都可以恢复出原图信息，所以其安全性较低。
步骤二：以全息图的行和列作为加密单元，用不同的哈希函数对全息图像素进行置乱加密。新建一个19201080的二维空矩阵。对于全息图中列标为j(1≤ j ≤1920)的像素值，按照H 2(j)=INT(j/2)这一哈希函数对应的如下关系进行置乱：
(2)
确定其在空矩阵中的存储列标j’，其中INT表示取整符，特别地，这里规定当j=1时j’=1920。
之后，在对经过列置乱后的全息图map(i, j’)的第i行(1≤ i ≤1080)像素置乱时，按照哈希函数H 1(i)重新排列行像素，H 1(i)表示为：
(3)
其中mod表示取余运算。
步骤三：检查上述置乱是否存在冲突。显然对于=2k、2k+1(k=1、2…959)两列像素在二维矩阵中的存储位置相同，就产生了冲突。所以对于需要重新寻找可用存储地址的列标j=2k+1，根据新的哈希函数H 3(j)给出的如下关系来确定其在二维矩阵中的存储列标j ” ：
(4)
这样对于列标为j=2k+1的每列像素由(4)式无冲突地确定在二维矩阵中的存储地址。而在步骤二中对行像素进行置乱时无需进行冲突处理。至此就完成了基于哈希函数的计算全息加密过程，最终的密文图像map(i’, j ” )如附图7所示。在MATLAB R2013a程序中读入该密文图像，经过逆傅里叶变换，其盲解密结果如附图8所示，可见由密文图像盲解密得不出任何有用的信息，很好地保护了原始图像信息。
步骤四：在解密过程中，为恢复原全息图的正确像素排列，新建一个1920×1080的二维空矩阵map’(i, j)，按照本发明实施例步骤二和三所述加密过程的先后顺序确定该空矩阵中各个存储空间单元在密文图像中的位置(i’, j ” )，然后取出对应的像素值填入到该存储空间单元，最终得到的解密全息图如附图9所示，其傅里叶变换数字解密再现结果如附图10所示，这样就准确解密出了用于加密的原图信息，该解密再现结果与附图4和附图6相比，具有极高的一致性。

Claims (2)

1.一种基于哈希函数的全息加密方法，其特征在于，加密和解密过程包括：
步骤一：对于一个待加密的物体，首先设置尺寸、抽样间距、波长、传播距离参数后基于衍射理论对物体的光场分布进行数字模拟，编码得到其全息图map(i,j)，全息图类型为纯相位全息图，灰度阶为0-255，(i,j)为全息图上像素坐标，1≤i≤N，1≤j≤M，其中M为全息图横向像素数，N为全息图竖向像素数；
步骤二：设置不同的哈希函数H1(i)、H2(j)，根据哈希函数和相应哈希表分别对全息图行像素与列像素进行置乱加密，对于全息图map(i,j)的每个像素坐标(i,j)，按照哈希函数确定其在置乱全息图中的坐标(i’,j’)，坐标对应关系满足i’＝H1(i),j’＝H2(j)；
步骤三：检测步骤二中全息图像素置乱操作是否存在冲突，若全息图任意像素在置乱全息图中有唯一且彼此不相同的存储地址，则像素置乱操作不存在冲突，就完成了基于哈希函数的计算全息加密过程，所得到的置乱全息图即为最终的密文图像；否则，若对于两个或更多不同的像素如(i1,j1)、(i2,j2)在像素置乱排列后对应的存储地址相同，即(i1’,j1’)＝(i2’,j2’)，这就产生了冲突，此时必须适当处理冲突，也就是对于像素(i2,j2)，要设置新的哈希函数H3(i,j)以寻找下一个可用的存储地址(i2”,j2”)，使得各像素均匀、唯一地分布在置乱全息图中，以保证加密过程的完整性和可认证性，最终得到的map(i”,j”)即为密文图像；
步骤四：通过建立一个M×N阶的二维空矩阵map’(i,j)来实现解密，根据步骤二、三中加密时的像素置乱规律及冲突处理方式，确定空矩阵中每个存储空间单元(i,j)在密文图像中对应的像素坐标，并将此坐标下的像素值写入该存储空间单元，重新恢复出正确的全息图像素排列，得到解密全息图，进而根据编码记录的全息图所对应的再现方式解密出所需要的原始信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于哈希函数的全息加密方法，其特征在于，步骤二中，对于像素进行置乱排列时按照全息图中像素从左到右，从上到下的顺序进行，并依序处理可能出现的冲突，以保证每个存储地址是可用的。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201717039D0 (en) * 2017-10-17 2017-11-29 Renishaw Plc Marking method and system
CN107659753B (zh) * 2017-10-23 2019-08-06 北京邮电大学 图像的压缩加密方法
WO2019116385A1 (en) * 2017-12-13 2019-06-20 Jain, Dinesh Kumar System and method for generating and verifying holographic tags
CN108063881B (zh) * 2017-12-27 2019-03-15 四川大学 彩色图像的双柱面随机相位编码加解密方法
CN111528834B (zh) * 2020-03-25 2021-09-24 西安电子科技大学 一种实时sar图像目标检测系统及方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542559A (zh) * 2006-11-24 2009-09-23 拜尔创新有限责任公司 编码方法、解码方法、编解码器和用于全息存储的数据存储媒体
CN101809511A (zh) * 2007-07-27 2010-08-18 视瑞尔技术公司 全息重建装置
CN102609893A (zh) * 2012-01-13 2012-07-25 航天科工深圳（集团）有限公司 一种数字图像加密和解密方法
CN102623022A (zh) * 2008-06-20 2012-08-01 株式会社日立制作所 光信息记录装置及方法、光信息记录再现装置及方法
CN102809918A (zh) * 2012-08-08 2012-12-05 浙江大学 基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置和方法
CN104063833A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 中国水利水电科学研究院 一种图像加密、读取方法及装置
CN104408338A (zh) * 2014-10-31 2015-03-11 上海理工大学 一种三维网格模型版权认证方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9495790B2 (en) * 2014-04-05 2016-11-15 Sony Interactive Entertainment America Llc Gradient adjustment for texture mapping to non-orthonormal grid

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542559A (zh) * 2006-11-24 2009-09-23 拜尔创新有限责任公司 编码方法、解码方法、编解码器和用于全息存储的数据存储媒体
CN101809511A (zh) * 2007-07-27 2010-08-18 视瑞尔技术公司 全息重建装置
CN102623022A (zh) * 2008-06-20 2012-08-01 株式会社日立制作所 光信息记录装置及方法、光信息记录再现装置及方法
CN102609893A (zh) * 2012-01-13 2012-07-25 航天科工深圳（集团）有限公司 一种数字图像加密和解密方法
CN102809918A (zh) * 2012-08-08 2012-12-05 浙江大学 基于多层空间光调制器的高分辨全息三维显示装置和方法
CN104063833A (zh) * 2013-03-21 2014-09-24 中国水利水电科学研究院 一种图像加密、读取方法及装置
CN104408338A (zh) * 2014-10-31 2015-03-11 上海理工大学 一种三维网格模型版权认证方法

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