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接 多幅图像的同步加密如何利用距离复用实现(一)

二、实验与分析

1、数值实验

(1)可行性实验

图3(a)-(d)为待加密的4幅图像I一Ⅳ,图3 (e)为白噪声掩码板.设置参量分别为:波长A=632 nm,物距zl =1 mm、22=2 mm、23 =3 mm、24=4 mm及图3(e)对应的物距z‘=15 mm。用计算全息技术对4幅图像进行加密,各图像的大小假设为l mm xl mm,像素为128 x128.采用式(5)得到复数形式的密文,它的实部、虚部分别如图3(f)、(g)所示。组成密钥集合,对密文在已知密钥集的条件下,对解密算法进行重建,图3(h)一(k)即为重建后的图像。

多幅图像的同步加密如何利用距离复用实现

(2)鲁棒性实验

为了验证该算法的鲁棒性,对加密后的图像进行3种有损处理。

1)JPEG有损压缩.将密文图像用JPEG格式压缩为原来的75%、50%、30%,再对其进行解密。对比原始图像I和Ⅳ,图4(a)和(b)为压缩75%后的解密效果,图4(c)和(d)为压缩30%后的解密效果。

多幅图像的同步加密如何利用距离复用实现

2)叠加白噪声,对密文图像分别叠加5%、7%、9%的高斯白噪声后解密,选叠加5%和9%的噪声为代表,图4(e)一(h)为相应的解密图像。

3)随机剪裁,密文图像共有16 384个像素点,随机挑选400、800、l 400个像素点,设置为0,以实现剪裁或数据丢失.图4(i)一(1)为随机剪裁400点和I 400点后解密出的I和Ⅳ图像。

实验结果显示,该算法具有较强的鲁棒性,由于这种全息加密对处于不同位置的图像复用效果不同,图4展示了实验结果中鲁棒性最好的图像I和较易受影响的图像Ⅳ。

2、实验分析及比较

(1)抗不正确解密码攻击

假定密钥集合中只有1个密钥发生偏差,通过观察均方差(MSE,mean 8quareerror)值的变化来衡量其安全性,归一化MSE为:

多幅图像的同步加密如何利用距离复用实现

首先,分析波长A错误时的解密效果。图5 (a)中加密信号对应的是原始图像与密文的MSE,解密信号对应的是原始图像与解密后的MSE。由图5(a)可知,当波长入发生2.5 nm偏差时,解密图像与原始图像的MSE接近于密文与原始图像的MSE.这表明波长偏差2.5 nm时就无法准确解密明文信息了。

多幅图像的同步加密如何利用距离复用实现

其次,分析只有一个距离zi错误时的解密效果.实验结果表明,近处的重建结果对于距离错误更敏感,且近处的重建效果与整体结果密切相关。因此,选取距离最近的图像测试物距密钥的灵敏度。如图5(b)所示,当物距密钥偏差0.003 mm时MSE达到0. 09.接近于加密图像的MSE值0.12,此时解密出的信息与原始图像相差很大,因此衍射距离作为密钥的灵敏度为0.003 mm。

最后,当图像个数密钥n错误时,将无法建立正确的解密方程,无法进行解密。

(2)抗密钥穷举分析

本文所采用图像加密方法的密钥的个数为n+3.在利用计算全息实现OSH成像系统时,波长不受实际应用的激光波长限制。为了不失一般性,取激光的波长范围为325—3 370nm,在此范围中的波长密钥灵敏度大约为2.5 nm,则波长密钥空间约为103个。假设衍射距离的范围为0. 05一1.5 mm,注意在这个范围内距离灵敏度约为0.003 mm,此时衍射距离的密钥空间大约为30万个。假设加密6幅图,若采用密钥穷举法进行攻击,需要进行1040次测试。若每次按l min计算,则攻击所需的计算时间是1.9×1034a,因此该方法计算安全。

(3)重建质量分析及比较

散焦噪声是影响多图像处理能力的重要因素,直接决定了算法所能处理的多图像类别、个数和重建质量,在菲涅尔域利用距离复用实现多图像加密,但受散焦噪声影响其应用受到了制约.在同一实验条件下,采用常用的方法加密4幅图像,图6(a)为该方法恢复的图像,图6(b)为采用本文解密方法恢复的图像。结果显示,本文方法受散焦噪声影响较小,具有较好的重建质量。

多幅图像的同步加密如何利用距离复用实现

小知识之鲁棒性

所谓“鲁棒性”,是指控制系统在一定(结构,大小)的参数摄动下,维持其它某些性能的特性。根据对性能的不同定义,可分为稳定鲁棒性和性能鲁棒性。