光學(xué)加密技術(shù)與信息安全的融合與應(yīng)用探索

劉 念，秦 維，劉 杰，金 鑫，虎 將，田 杰，劉昊軒

（西安應(yīng)用光學(xué)研究所 陜西 西安 710065）

1 引言

在當(dāng)前的信息安全領(lǐng)域當(dāng)中，最為重要的就是信息防偽技術(shù)以及信息加密技術(shù)，而其中的光學(xué)加密技術(shù)以及防偽技術(shù)由于自身具備的并行性以及較低的成本，受到了重點關(guān)注。早在20世紀(jì)70年代，美國就已經(jīng)申請了一些在光學(xué)安全技術(shù)方面的專利，這些專利內(nèi)容主要應(yīng)用在防偽以及身份驗證等方面，這也是光學(xué)加密技術(shù)在信息安全領(lǐng)域中應(yīng)用的最早實例，而在目前的社會環(huán)境中，由于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及各種現(xiàn)代化技術(shù)的飛速發(fā)展，信息安全領(lǐng)域越發(fā)復(fù)雜，這就更需要利用光學(xué)加密技術(shù)來保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的安全性。

2 基于菲涅耳變換的光學(xué)加密方式

基于菲涅耳變換的加密系統(tǒng)，其最早起源于全息儲存方面所展開的加密研究，因此，這就需要將這兩者進(jìn)行綜合討論。在信息安全中，全息儲存具有儲存容量大以及多維度數(shù)據(jù)信息讀取能力等優(yōu)點，擁有著十分廣闊的市場前景，這就使得在全息儲存之中所采用的光學(xué)加密技術(shù)，必須要保持更加高速的狀態(tài)，從而滿足全息儲存在實際讀寫過程中對于信息加密的基本需求。早在1997年，就已經(jīng)提出了要對全息儲存方式進(jìn)行加密的措施，首先要將所儲存的圖像數(shù)據(jù)信息采用雙隨機(jī)相位編碼方式來進(jìn)一步加密處理為白噪聲分布狀態(tài)，而后再利用全息儲存來將其儲存在光折變晶體之中，但由于雙隨機(jī)相位編碼技術(shù)之中，其涉及到了兩個傅里葉變化透鏡，整體結(jié)構(gòu)組成十分復(fù)雜，并且擁有著相對較高的成本，使得這種方式很難正常運(yùn)用。而在1999年所提出的基于菲涅耳變換的光學(xué)加密方式，可以更好的代替傅里葉來對需要儲存的圖像數(shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理，而后采用離軸全息方式來加以記錄。同時，通過旋轉(zhuǎn)晶體的方式，就可以在多角度上隱藏圖片。而在后續(xù)的全息儲存加密工作不斷發(fā)展的過程中，又出現(xiàn)了全新的菲涅耳域雙隨機(jī)相位的編碼方式，可以將空間位置、相位分布以及相干光波長度作為光學(xué)加密處理的密鑰。并且由于菲涅耳變化結(jié)果與主要的波長有著十分緊密的聯(lián)系，這就可以將更多幅原始圖像數(shù)據(jù)信息，采用不同波長的菲涅耳變換加密處理后進(jìn)行疊加，使其可以融合到一副密文圖像之中，站在理論的角度上來看，基于菲涅耳變換的加密方式還可以在大多數(shù)加密系統(tǒng)中應(yīng)用，這也是光學(xué)加密技術(shù)與信息安全融合的重要體現(xiàn)[1]。

3 基于離軸數(shù)字全息的加密系統(tǒng)

數(shù)字全息技術(shù)，其最早在1967年提出的，主要就是利用各種電子感光元件來更好的代替?zhèn)鹘y(tǒng)全息干板來更好的對全息圖加以記錄，并利用計算機(jī)技術(shù)來實現(xiàn)。而由于計算機(jī)科技水平以及數(shù)字記錄介質(zhì)方面帶來的限制，直到近年來計算機(jī)技術(shù)飛速發(fā)展以及高分辨率光電成像技術(shù)的完善，才使得數(shù)字全息技術(shù)得到了較為顯著的發(fā)展，并且在顯微觀測、信息安全以及變形測量等領(lǐng)域中得到了應(yīng)用。而其在信息安全領(lǐng)域之中，其主要應(yīng)用在信息加密以及數(shù)字水印這兩個主要方面。而在光學(xué)加密領(lǐng)域當(dāng)中應(yīng)用數(shù)字全息技術(shù)，主要目的就在于解決雙隨機(jī)相位編碼等光學(xué)加密方式中所產(chǎn)生的記錄困難以及傳輸不穩(wěn)定的問題，當(dāng)前所用的大部分加密方法中，其最后的加密結(jié)果之中不僅包含著相位信息，還有著振幅信息，這也對信息記錄工作的開展產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的影響，尤其是那些相位信息，更是不可能實現(xiàn)直接記錄。而在2000年，利用數(shù)字全息技術(shù)將復(fù)振幅加密結(jié)果記錄成一幅具體的數(shù)字全息圖像，進(jìn)一步解決了傳輸困難以及儲存困難等嚴(yán)重問題。除此之外，基于離軸數(shù)字全息的機(jī)密系統(tǒng)還能夠?qū)⒓用苊荑€記錄成一幅數(shù)字全息圖，從而更好的實現(xiàn)對于關(guān)鍵信息的加密處理。

4 利用相移干涉技術(shù)的加密系統(tǒng)

相移干涉技術(shù)最早在1974年提出，并且在多個精密測量領(lǐng)域之中得到了十分廣泛的應(yīng)用。同時，利用相移干涉技術(shù)，同樣可以更好的記錄好復(fù)振幅數(shù)據(jù)信息，那些待記錄的復(fù)振幅數(shù)據(jù)信息，可以參考同一個系列的光干涉，并在每一個參考光中存在相應(yīng)的相移，這就可以得到一系列的干涉圖，而后就可以利用光強(qiáng)探測器件來更好的記錄干涉圖的具體強(qiáng)度分布，使得那些以待記錄的復(fù)振幅數(shù)據(jù)信息能夠根據(jù)主要的強(qiáng)度分布準(zhǔn)確的計算出來。由于利用相移干涉技術(shù)的加密系統(tǒng)中存在著相對較多的干涉圖，企業(yè)比數(shù)字全息方式更加準(zhǔn)確，能夠保證信息安全領(lǐng)域中信息加密以及數(shù)字水印的安全性以及穩(wěn)定性[2]。

5 結(jié)論

站在近年來光學(xué)加密技術(shù)發(fā)展的角度上來看，其中出現(xiàn)了許多種綜合使用多種技術(shù)的加密方式，而引發(fā)這一現(xiàn)狀的主要原因就在于單一的光學(xué)加密方式中擁有著較為顯著的局限性，為了更好的提升加密系統(tǒng)的整體性能，使其可以在多種場合中加以應(yīng)用，就應(yīng)當(dāng)積極采用基于菲涅耳變換的光學(xué)加密方式、基于離軸數(shù)字全息的加密系統(tǒng)以及利用相移干涉加密系統(tǒng)等方式，使其可以在信息安全領(lǐng)域中得到了更加科學(xué)、合理的應(yīng)用，在促進(jìn)光學(xué)機(jī)密技術(shù)不斷發(fā)展的同時，保證各類關(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息能夠得到全方面的加密處理。