基于隨機相位編碼的加密與防偽技術(shù)研究.pdf

1、信息時代的到來，給全球帶來了信息技術(shù)飛速發(fā)展的契機。信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立已逐漸成為社會各個領(lǐng)域不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。我國相繼啟動的金卡工程、網(wǎng)絡(luò)工程，對加速我國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高現(xiàn)代化管理水平和人民的生活質(zhì)量，推動整個社會信息化進程發(fā)揮了重要作用。 但高新技術(shù)在促進社會進步、經(jīng)濟發(fā)展的同時，利用高科技偽造各種證件、信用卡、大額票據(jù)進行詐騙，基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲取政府、軍隊、金融等國家機構(gòu)的重要數(shù)據(jù)、情報及個人隱私的案例與日俱增，給國家

2、和個人造成極大的經(jīng)濟損失和嚴(yán)重的社會影響。因此增強信用卡等各類重要證件本身的防偽能力，不斷尋求新的、安全可靠的防偽技術(shù)，研發(fā)有效的網(wǎng)絡(luò)安全加密算法，一直是信息安全問題中的重要研究課題。 密碼技術(shù)是信息安全的核心，高強度的加密算法是進行數(shù)據(jù)保護、遏制網(wǎng)絡(luò)犯罪的重要保證。在傳統(tǒng)加密算法日益面臨挑戰(zhàn)的今天，基于隨機相位編碼技術(shù)的光學(xué)安全系統(tǒng)以其獨特的安全防偽特性和加密手段引起了信息安全工作者的廣泛關(guān)注，有效推動了光學(xué)信息安全技術(shù)水平的

3、提高。本論文的主要工作就是圍繞隨機相位編碼技術(shù)的編碼理論、物理實現(xiàn)、系統(tǒng)的安全性等方面存在的一些問題進行了深入研究，力圖在技術(shù)實現(xiàn)和算法安全性等方面有所突破和創(chuàng)新。論文針對系統(tǒng)在抵抗唯密文攻擊、已知明文攻擊等方面存在的弱點進行分析和改進。在此基礎(chǔ)上，圍繞證件防偽、身份認(rèn)證、網(wǎng)絡(luò)安全等領(lǐng)域的實際應(yīng)用提出了相應(yīng)的解決方案。本文的主要研究內(nèi)容包括： (1)以基爾霍夫衍射公式為基礎(chǔ)討論了光學(xué)標(biāo)量衍射的基本理論，闡述了透鏡的傅里葉變換性質(zhì)

4、。并分別以計算傅里葉變換全息圖和相息圖為例，論述了計算機制取全息圖的編碼方法與技術(shù)實現(xiàn)，為隨機相位編碼技術(shù)的光學(xué)實現(xiàn)做好理論和技術(shù)準(zhǔn)備。 (2)詳細論述了隨機相位編碼技術(shù)的編碼方法，特別著重于雙隨機相位編碼技術(shù)，并對其安全性、魯棒性進行分析。基于VLC及JTC光學(xué)系統(tǒng)，詳細討論了基于POCS算法的隨機相位編碼技術(shù)的實現(xiàn)，并進行了計算機仿真和光學(xué)驗證。 (3)對隨機相位編碼技術(shù)的密鑰系統(tǒng)的安全性進行了分析，研究了解密密鑰對

5、密鑰部分信息丟失的容忍度，并給出了相應(yīng)的解決方案。在此基礎(chǔ)上，引入混沌理論，討論了基于 Logistic 映射的混沌密鑰流的構(gòu)建方法。最后，參照美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)制定的隨機序列測試標(biāo)準(zhǔn)，編制了偽隨機序列隨機特性統(tǒng)計測試工具包，對采用Logistic 映射生成的二值密鑰流進行隨機統(tǒng)計特性測試和分析。測試結(jié)果表明：所生成的二值序列具有良好的隨機特征，滿足了測試標(biāo)準(zhǔn)的要求。 (4)提出并詳細分析了一種新的隨機相位量化編

6、碼方法。在該方法中，把高階均勻量化的相位信息，在保證信息量不損失的前提下，編碼成只有黑白灰階的二值標(biāo)簽，實現(xiàn)了用二值灰階表征高階量化信息的目的，增強了解碼圖像的細節(jié)，提高了解碼圖像的信噪比，克服了傳統(tǒng)隨機相位編碼方法中相位量化階數(shù)偏低的局限，簡化了制作工藝，加速了隨機相位編碼技術(shù)的實用化進程。并結(jié)合混沌理論，在密鑰構(gòu)建過程中引入輔助密鑰和秘密私鑰，提出了一種新的混沌密鑰構(gòu)建方法，實現(xiàn)了一定意義下的“一次一密”，可以抵抗包括已知明文攻擊在

7、內(nèi)的多種攻擊，有效提高了系統(tǒng)的安全性。 (5)在生物認(rèn)證技術(shù)的基礎(chǔ)上，將基于混沌的隨機相位量化編碼方法應(yīng)用于證件防偽標(biāo)簽的制作，增強了證件的防偽性能和抗攻擊能力。利用實驗室現(xiàn)有的指紋采集儀，以指紋認(rèn)證技術(shù)為例對防偽證件的制作和認(rèn)證過程進行了詳細討論。并圍繞指紋校驗中存在的中心點定位問題，提出了基于區(qū)域分割的指紋奇異性檢測及中心點計算方法，實現(xiàn)了指紋奇異奇異性檢測和中心點的準(zhǔn)確定位，具有算法簡單、魯棒性好、通用性強等優(yōu)點。對采用聯(lián)