分类号O438学校代码10590UDC39密级公开深圳大学博士学位论文基于相位恢复的光学信息安全技术研究学位申请人姓名何文奇专业名称光学工程学院（系、所）光电工程学院指导教师姓名彭翔深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名：日期：年月日学位论文使用授权说明（必须装订在印刷本首页）本人完全了解深圳大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：1.按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；2.学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并在图书馆内和校园网内提供全文阅览服务；3.学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文；4.学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和阅览，并为与图书馆存在合作关系的非营利机构提供包括文献传递和文献交换在内的合理使用服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权）论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日基于相位恢复的光学信息安全技术研究PAGE\*MERGEFORMAT123摘要21世纪是信息的时代。社会的信息化给人们的生活和工作带来了极大的便利。而与此同时，以电子商务，电子政务为代表的众多领域的信息安全问题也逐渐引起了人们的关注和担忧。基于光学信息处理的加密与认证技术被认为是一种新一代的信息安全技术。自1995年Javidi等人提出基于“双随机相位编码”的光学图像加密系统以来，国内外众多学者先后投身于光学信息安全这一新兴的交叉学科，并取得了一系列初步的成果。与传统的基于计算机的信息安全技术相比，其主要的优势体现在：多维度（振幅，相位以及波长等），大容量以及并行的数据处理能力。本论文系统地研究了与光学信息安全相关的基础理论，主要包括传统信息安全和光学信息处理技术的相关理论知识，同时，对本研究领域的典型工作进行了归纳和总结：首先，其中绝大部分的工作都集中在光学密码编码学（尤其是对称密码学），而与之密切关联的光学密码分析学则鲜有报道；其次，作为光学信息安全领域有别于密码学的另外两个重要研究方向，信息隐藏技术和认证技术的相关报道也不多。本论文以相位恢复技术为基本手段，着重分别从光学密码分析，光学信息隐藏和光学认证三个角度，进行了如下几个方面的具体工作：（1）针对基于双随机“相幅”编码（一种增强型的双随机相位编码技术）的光学图像加密系统进行了安全性分析，发现虽然其密钥空间进一步增大，但其中仍然存在巨大的冗余空间，而且其线性系统的本质并未发生改变。通过分析，本论文提出了一种结合“选择明文攻击”和“已知明文攻击”的两步混合攻击方案，分别获取了其“振幅密钥”的精确解和“相位密钥”的近似解，从而揭示了该系统的安全隐患，并通过一系列仿真实验验证了该方案的有效性和可行性。（2）提出了一种基于双光束干涉和光栅调制的多图隐藏方案。该方案通过设计一种修正的相位恢复算法，将多幅待隐藏的图像分别编码（隐藏）至同一幅“载体图像”和各自对应的纯相位密钥中，进一步地，这些纯相位密钥再经过不同频率的光栅调制，并通过线性叠加操作构造出一个“复合密钥”，以便于分发给合法用户。当需要提取出指定的某一幅或者几幅图像时，合法用户首先要对复合密钥先后采取傅里叶变换，滤波以及逆傅里叶变换等步骤解调出对应的纯相位密钥，然后结合载体图像，利用双光束干涉的光学装置便可以提取出相应的图像。同时，通过一系列针对载体图像的攻击测试（剪切，噪声污染），证明了此多图隐藏方案具有良好的鲁棒性。（3）提出了一种基于双光束干涉和Hash函数的身份认证方案。该方案通过同时验证用户的“口令”和“相位钥”以实现对用户身份的双重认证。该认证系统的设计过程是一个逆向的，迭代求解的过程,其基本思路是：根据某个合法用户的身份级别（对应着某个标准认证图像）和“相位锁”（由口令控制）,利用一种基于双光束干涉装置的修正相位恢复算法确定出其对应的“相位钥”，从而完成系统的设计。在进行认证时，只有当“口令”和“相位钥”同时正确时，才能使得系统输出的干涉图像与系统中存储的标准认证图像匹配成功，若匹配不成功，则无法通过身份认证。同时，由于Hash函数的引入，使得无需直接在系统内部存储用户的口令，增强了系统的安全性。最后，值得一提的是：此方案不仅可以判断某个用户是否合法,还能鉴别出其相应的身份级别,从而确定并授予其相应的系统访问权限。（4）针对基于双光束干涉的光学图像加密系统进行了安全性分析，以干涉现象产