基于随机相位编码的加密与防伪技术研究

论文摘要

信息时代的到来，给全球带来了信息技术飞速发展的契机。信息网络系统的建立已逐渐成为社会各个领域不可或缺的基础设施。我国相继启动的金卡工程、网络工程，对加速我国信息产业的发展，提高现代化管理水平和人民的生活质量，推动整个社会信息化进程发挥了重要作用。 但高新技术在促进社会进步、经济发展的同时，利用高科技伪造各种证件、信用卡、大额票据进行诈骗，基于互联网技术获取政府、军队、金融等国家机构的重要数据、情报及个人隐私的案例与日俱增，给国家和个人造成极大的经济损失和严重的社会影响。因此增强信用卡等各类重要证件本身的防伪能力，不断寻求新的、安全可靠的防伪技术，研发有效的网络安全加密算法，一直是信息安全问题中的重要研究课题。 密码技术是信息安全的核心，高强度的加密算法是进行数据保护、遏制网络犯罪的重要保证。在传统加密算法日益面临挑战的今天，基于随机相位编码技术的光学安全系统以其独特的安全防伪特性和加密手段引起了信息安全工作者的广泛关注，有效推动了光学信息安全技术水平的提高。本论文的主要工作就是围绕随机相位编码技术的编码理论、物理实现、系统的安全性等方面存在的一些问题进行了深入研究，力图在技术实现和算法安全性等方面有所突破和创新。论文针对系统在抵抗唯密文攻击、已知明文攻击等方面存在的弱点进行分析和改进。在此基础上，围绕证件防伪、身份认证、网络安全等领域的实际应用提出了相应的解决方案。本文的主要研究内容包括： (1) 以基尔霍夫衍射公式为基础讨论了光学标量衍射的基本理论，阐述了透镜的傅里叶变换性质。并分别以计算傅里叶变换全息图和相息图为例，论述了计算机制取全息图的编码方法与技术实现，为随机相位编码技术的光学实现做好理论和技术准备。 (2) 详细论述了随机相位编码技术的编码方法，特别着重于双随机相位编码技术，并对其安全性、鲁棒性进行分析。基于VLC及JTC光学系统，详细讨论了基于POCS算法的随机相位编码技术的实现，并进行了计算机仿真和光学验证。 (3) 对随机相位编码技术的密钥系统的安全性进行了分析，研究了解密密钥对密钥部分信息丢失的容忍度，并给出了相应的解决方案。在此基础上，引入混沌理论，讨论了基于Logistic映射的混沌密钥流的构建方法。最后，参照美国国家标准技术研究所(NIST)制定的随机序列测试标准，编制了伪随机序列随机特性统计测试工具包，对采用Logistic映射生成的二值密钥流进行随机统计特性测试和分析。测试结果表明：所生成的二值序列具有良好的随机特征，满足了测试标准的要求。

论文目录

• 独创性说明
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 现代密码学简介
• 1.2.1 密码学的基本概念
• 1.2.2 密码分析方法
• 1.2.3 加密算法
• 1.3 基于随机相位编码技术的光学安全系统概述
• 1.3.1 光学安全认证系统
• 1.3.2 基于随机相位编码技术的光学加密系统研究进展
• 1.4 基于随机相位编码技术的光学加密系统中存在的问题
• 1.5 本文选题背景和章节安排
• 2 标量衍射理论及计算机制全息图技术基础
• 2.1 引言
• 2.2 标量衍射理论
• 2.2.1 惠更斯-菲涅耳原理与基尔霍夫衍射公式
• 2.2.2 基于 DOE的基尔霍夫衍射积分模型
• 2.2.3 基于 DOE的菲涅耳衍射积分模型
• 2.2.4 基于 DOE的夫琅和费衍射积分模型
• 2.2.5 透镜系统的傅里叶变换性质
• 2.3 计算机制作全息图技术基础
• 2.3.1 傅里叶变换全息图编码
• 2.3.2 傅里叶变换全息图的光学实验研究
• 2.3.3 相位型全息图相位函数的求解
• 2.3.4 相位型全息图的制作及光学重现
• 2.4 小结
• 3 随机相位编码防伪技术理论及光学验证
• 3.1 引言
• 3.2 双随机相位编码技术
• 3.2.1 图像的双随机相位编码技术原理
• 3.2.2 双随机相位加密算法的安全性分析
• 3.2.3 双随机相位加密算法的鲁棒性分析
• 3.3 基于 POCS算法的随机相位编码技术
• 3.3.1 基于 VLC相关器的 POCS算法
• 3.3.2 基于联合变换相关器（JTC）的 POCS算法
• 3.4 小结
• 4 密钥系统的安全性分析及基于混沌的密钥设计
• 4.1 引言
• 4.2 随机相位编码技术的密钥安全性分析及改进
• 4.2.1 密钥安全性分析
• 4.2.2 安全性讨论及方案改进
• 4.3 基于混沌的密钥流设计
• 4.3.1 混沌系统的密码学特征
• 4.3.2 混沌系统和流密码的关系
• 4.3.3 基于 Logistic映射的密钥流设计
• 4.3.4 混沌序列随机性测试研究
• 4.4 小结
• 5 改进的编码条形码技术与混沌密钥设计方案
• 5.1 引言
• 5.2 改进的纯相位量化编码方法
• 5.3 编码方法的计算机仿真
• 5.3.1 二维条码的计算机仿真
• 5.3.2 灰度图像的计算机仿真
• 5.3.3 编码方法的鲁棒性验证
• 5.4 改进算法的光学扫描实验
• 5.5 基于混沌密钥算法的安全性改进
• 5.5.1 算法概述
• 5.5.2 安全性分析
• 5.6 小结
• 6 基于生物认证的随机相位编码防伪技术
• 6.1 引言
• 6.2 基于生物认证的防伪证件制作方法
• 6.2.1 防伪证件的制作
• 6.2.2 证件的校验
• 6.2.3 校验系统的安全性分析
• 6.3 基于区域分割的指纹奇异性检测及中心点计算
• 6.3.1 指纹图像输入
• 6.3.2 基于 Gabor函数的指纹图像增强算法
• 6.3.3 改进的指纹奇异性检测算法
• 6.4 光学联合变换相关器指纹实时处理系统实验研究
• 6.5 小结
• 7 改进算法在网络通信技术中的应用
• 7.1 引言
• 7.2 基于随机相位编码技术的网络数据安全传输
• 7.2.1 公钥密码算法
• 7.2.2 基于随机相位量化编码技术的混合密码系统
• 7.3 基于混沌的图像加密改进算法
• 7.3.1 基于混沌的传统加密算法及安全性分析
• 7.3.2 改进算法概述
• 7.3.3 改进算法实现流程
• 7.3.4 改进算法的计算机仿真
• 7.4 小结
• 8 总结与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书