信息安全中的光學(xué)加密技術(shù)分析

劉 杰，劉 念，秦 維，張冬生，謝尚志，鄭紅斌，李 靖

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所 陜西 西安 710065）

1 引言

在當(dāng)前的社會背景下，社會已經(jīng)全面進入到了網(wǎng)絡(luò)信息時代之中，這就使得那些傳統(tǒng)的電子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及計算機技術(shù)，很容易受到各種客觀因素所帶來的限制以及影響，這些使其逐漸被具備著現(xiàn)代化特征的光學(xué)加密方法以及光學(xué)加密技術(shù)代替。同時，光學(xué)加密的數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)，還擁有著顯著的穩(wěn)定性、高速性以及并行性特點，這也是其主要的優(yōu)勢所在，比如光波長短、多維振幅、容量寬度以及相位等物理屬性，使得光學(xué)加密技術(shù)在信息安全中得到越來越廣泛的引用。

2 信息安全的基本概述

隨著互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的持續(xù)增加，各種各樣的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出一種“井噴”式的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，這也使得傳統(tǒng)的計算機密碼技術(shù)，已經(jīng)無法滿足當(dāng)前社會在數(shù)據(jù)信息安全方面的基本需求。因此，出現(xiàn)了以光學(xué)為主要特征所展開的信息安全技術(shù)，利用光學(xué)來對數(shù)據(jù)信息進行更好的處理，實現(xiàn)對于圖像信息的加密處理。同時，在信息安全當(dāng)中，信息隱藏技術(shù)已經(jīng)成為主要的應(yīng)用渠道，通過版權(quán)標(biāo)識、匿名以及隱藏信道等方式，將那些擁有應(yīng)用價值的數(shù)據(jù)信息加以隱藏。而其中效果最為顯著的隱藏技術(shù)就是水印，其不僅能夠與原本的數(shù)據(jù)信息進行更加全面的結(jié)合，并隱藏到其內(nèi)部，作品著作人還可以利用作品中的水印信號來更好地維護自身的權(quán)益。并且光學(xué)手段還可以進一步實現(xiàn)對于各種數(shù)據(jù)信息的隱藏，利用光信息處理技術(shù)，將那些經(jīng)過水印編碼后的信息添加到頻率域以及空間域之中。除此之外，還有身份驗證技術(shù)，主要通過將驗證者自身的數(shù)據(jù)信息，將系統(tǒng)當(dāng)中所儲存的數(shù)據(jù)信息進行全方位的比較，從而科學(xué)、合理地判定驗證者身份的合法性[1]。

3 信息安全中光學(xué)加密技術(shù)的主要應(yīng)用措施

3.1 雙隨機相位編碼加密技術(shù)

這種雙隨機相位編碼技術(shù)，由于具有并行性以及高速性的特征，受到了群眾的廣泛關(guān)注，可以更好地對那些原始的圖像信息進行加密處理，并且這一加密系統(tǒng)對于原始的平面圖像可以進行全方位的照射，使得原始圖像信息能夠在頻率以及空間兩種因素的調(diào)制以及影響下，加密處理為所需要的技術(shù)結(jié)構(gòu)，進一步達到保障信息安全的主要目標(biāo)。然而，雖然這一光學(xué)加密技術(shù)擁有著較為完善的魯棒性以及安全性，但隨著光學(xué)加密技術(shù)的飛速發(fā)展，其中也顯現(xiàn)出了一些不足之處，比如雙隨機相位編碼加密技術(shù)系統(tǒng)當(dāng)中相位的掩膜位置，必須要展開全方位的校對后才可以進行應(yīng)用，并且其主要的應(yīng)用結(jié)果也呈現(xiàn)出一種復(fù)振幅分布的狀態(tài)。因此，需要將光學(xué)加密技術(shù)進行更加科學(xué)、合理的改造。

3.2 基于分數(shù)傅里葉變換的加密技術(shù)

為了更好地解決雙隨機相位編碼加密技術(shù)中存在的部分問題，應(yīng)當(dāng)在不提升硬件的基礎(chǔ)上，展開基于分數(shù)傅里葉變換的加密技術(shù)，從而全方位提升加密系統(tǒng)自身的安全性以及穩(wěn)定性。這種光學(xué)加密技術(shù)最早起源于量子力學(xué)中相關(guān)問題的研究，并且其在光學(xué)領(lǐng)域中的空間濾波、原始圖像以及相位復(fù)位等領(lǐng)域中得到了普及應(yīng)用。同時，在經(jīng)過多年的研究后，分數(shù)傅里葉變換加密技術(shù)已經(jīng)進一步衍生出了多種方式，例如：利用分數(shù)傅里葉變化所進行的全相位加密技術(shù)、利用拓展分數(shù)傅里葉交換的光學(xué)加密系統(tǒng)以及多通道加密技術(shù)等。在此基礎(chǔ)上，這一研究還逐漸向著與其他技術(shù)融合的方向發(fā)展，出現(xiàn)了結(jié)合加密技術(shù)的研究[2]。

3.3 基于聯(lián)合變換相關(guān)器的光學(xué)加密系統(tǒng)

在聯(lián)合變換相關(guān)器當(dāng)中，具有十分顯著的平移不變性，并且能夠利用空間光調(diào)制器等光學(xué)器件來展開實時化處理。同時，這一技術(shù)在信息安全領(lǐng)域當(dāng)中，主要應(yīng)用在圖像加密、圖像識別以及身份驗證等多個方面，雙隨機相位加密方式，由于其對精度的要求相對較高，這就對其實際應(yīng)用產(chǎn)生了極大的限制。而聯(lián)合變換加密系統(tǒng)則很好地解決了這一問題，其中的待加密圖像信息，可以將其先與一個隨機的相位疊加在一起，并與秘鑰一同放置在JTC結(jié)構(gòu)平面之中，這就可以在傅里葉平面當(dāng)中找出具體的聯(lián)合功率譜，其不僅屬于一種廣義上的白噪聲光強分布，也可以看作一種加密后的結(jié)果。而在解密過程之中，所采用的是4F系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要就是將秘鑰放置在4F系統(tǒng)的輸入平面當(dāng)中，使得聯(lián)合功率譜以及加密結(jié)構(gòu)可以放置在傅里葉的平面之上。由此可以看出，為了更好地在解密過程中得到原本的圖像信息，處在空間域之中的秘鑰就必須是純相位分布的傅里葉變換，而基于聯(lián)合變換相關(guān)器的加密系統(tǒng)，則是光學(xué)加密系統(tǒng)向著實用化方向發(fā)展的關(guān)鍵所在。但仍有一些尚未改進的JTC系統(tǒng)沒有在光學(xué)加密領(lǐng)域中進行應(yīng)用，如非線性聯(lián)合變化相關(guān)器以及非相干光聯(lián)合變換相關(guān)器等，而基于這些系統(tǒng)內(nèi)容，很有可能設(shè)計出更加優(yōu)質(zhì)的光學(xué)加密系統(tǒng)，這些也屬于光學(xué)加密技術(shù)未來的主要發(fā)展方向。

4 結(jié)論

在越來越多信息處理技術(shù)不斷問世的背景下，光學(xué)加密技術(shù)，已經(jīng)在雙隨機相位加密系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進行了不斷的改進以及優(yōu)化，但光學(xué)元器件方面，其在加密技術(shù)處理之中的應(yīng)用仍舊存在著較為明顯的不足，再加上光學(xué)加密系統(tǒng)不夠完善等因素帶來的影響，使得信息安全中光學(xué)加密技術(shù)的應(yīng)用有著極大的發(fā)展空間。因此，在信息安全中必須提升對于光學(xué)加密技術(shù)的重視程度，進一步實現(xiàn)加密技術(shù)中的應(yīng)用性兼容，保證光學(xué)加密技術(shù)能夠在信息安全中發(fā)揮出更好的作用。