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第1章 绪论 1

1.1 信息安全 1

1.1.1 密码学 1

1.1.2 信息隐藏 4

1.2 光学信息安全技术 6

1.2.1 光学安全认证技术 6

1.2.2 基于光学理论与方法的数据加密 7

1.2.3 基于光学理论与方法的信息隐藏 9

1.2.4 国际学术组织的活动 10

1.2.5 国内的研究进展情况 11

参考文献 11

第2章 光学密码系统的理论基础 17

2.1 光学加密系统的相关理论基础 17

2.1.1 传播理论 17

2.1.2 透镜的傅里叶变换性质 21

2.1.3 全息理论 23

2.2 典型的光学密码编码系统 28

2.2.1 基于4f系统的双随机相位编码 28

2.2.2 基于菲涅耳变换的双随机相位编码 29

2.2.3 基于分数博里叶变换的双随机相位编码 30

2.2.4 基于联合变换相关器的双随机相位编码 31

2.2.5 基于数字相移全息的随机相位编码系统 33

2.2.6 基于POCS算法的随机相位编码 35

2.2.7 纯相位光学加密系统 37

2.2.8 基于分割合成滤波方法的随机相位编码 43

2.2.9 基于光学“异或”的流密码系统 47

2.2.10 基于光学联合相关器（JTC）的指纹识别系统 53

2.3 光学密码系统特点分析 55

参考文献 56

第3章 基于虚拟光学框架的对称密码学 60

3.1 对称密码体制的基本概念 60

3.1.1 对称密码体制概述 60

3.1.2 分组密码的基本原理和设计原则 61

3.1.3 序列密码的基本原理和设计原则 62

3.2 虚拟光学的概念 63

3.3 基于虚拟光学框架的新型分组密码算法 63

3.3.1 基于虚拟成像的多维数据加密技术 64

3.3.2 基于虚拟类全息的多维数据加密技术 66

3.3.3 基于级联相位恢复算法的光学图像加密技术 68

3.4 虚拟光学多维数据加密算法的电子学硬件实现 72

3.4.1 基于并行DSP的电子学硬件系统结构 72

3.4.2 TMS320C6701并行数字信号处理器 73

3.4.3 虚拟光学多维数据加密算法的DSP实现详细流程 76

3.4.4 核心加／解密算法的优化 80

3.4.5 实验结果及讨论 83

参考文献 85

第4章 基于虚拟光学框架的公钥密码学 87

4.1 公钥密码体制的基本概念 87

4.1.1 公钥密码体制的基本原理 87

4.1.2 公钥密码算法应满足的要求 88

4.1.3 国际上几种经典的公钥密码算法 88

4.2 基于公钥概念的虚拟光学信息安全系统模型 90

4.2.1 公钥基础设施PKI与数字证书技术 90

4.2.2 散列函数与数字签名技术 91

4.2.3 基于公钥概念的虚拟光学信息安全系统构架 93

4.2.4 CA签发接收方的数字证书 95

4.2.5 发送方通过验证证书来验证接收方的公钥 96

4.3 基于虚拟波前编码的光学公钥密码系统 97

4.3.1 波前传感的基本原理 97

4.3.2 基于波前传感编码的公钥密码系统 98

4.3.3 系统密钥的设计 99

4.3.4 灰度图像的非对称加／解密过程 100

参考文献 106

第5章 基于虚拟光学的三维空间数字水印技术 108

5.1 数字水印的基本概念 108

5.1.1 数字水印的定义 108

5.1.2 数字水印的特点 109

5.1.3 数字水印的嵌入与提取 109

5.1.4 数字水印的研究现状 110

5.2 基于光学理论与方法的数字水印技术研究现状 112

5.2.1 基于傅里叶变换全息术的数字水印技术 112

5.2.2 基于离散余弦变换域的数字全息水印技术 114

5.2.3 相移数字全息术与双随机相位编码方法相结合的数字水印技术 115

5.3 基于虚拟光学的三维空间数字水印算法 118

5.3.1 虚拟光学三维数字水印系统的理论模型 118

5.3.2 实验结果及分析 120

5.3.3 水印算法应用于数字音频信号 124

5.4 数字水印算法的改进 127

5.4.1 改进后数字水印系统的理论模型 128

5.4.2 改进算法的实验结果及分析 130

参考文献 136

第6章 基于计算全息的半色调图像信息隐藏 139

6.1 半色调图像信息隐藏的相关概念 139

6.1.1 印刷与半色调编码 139

6.1.2 应用于印刷品的信息隐藏技术的特性 140

6.2 基于半色调图像信息隐藏的典型方法 141

6.2.1 直接操作半色调网点的信息隐藏方法 141

6.2.2 基于罗曼全息图的半色调图像信息隐藏 141

6.3 基于计算全息图的半色调图像信息隐藏方法 143

6.3.1 基于计算全息图的半色调图像信息隐藏 144

6.3.2 隐藏信息的提取 147

6.3.3 鲁棒性检验 149

6.3.4 抗印刷信息隐藏和提取实验 152

参考文献 160

第7章 光学密码分析的理论基础 162

7.1 密码分析的基本概念 162

7.1.1 密码分析的基本假设——Kerckhoffs假设 162

7.1.2 密码分析的分类 162

7.2 相位恢复技术的基本概念 163

7.3 相位恢复的若干方法 164

7.3.1 GS算法 164

7.3.2 误差减少算法 165

7.3.3 输入-输出算法 165

7.3.4 杨-顾算法 166

7.3.5 混合投影-反射算法 166

7.3.6 松弛平均交互反射算法 170

7.3.7 差分映射算法 170

7.3.8 迭代角谱算法 171

7.4 相位恢复算法的比较与误差度量 172

7.4.1 算法的比较 172

7.4.2 误差度量 173

7.5 相位恢复的仿真实验 174

7.5.1 复值物体相位恢复 174

7.5.2 非负实值物体相位恢复 177

7.5.3 支撑大小对算法的影响 178

参考文献 181

第8章 光学加密系统的密码学分析 184

8.1 引言 184

8.2 双随机相位加密系统的密码学分析 185

8.2.1 选择密文攻击 185

8.2.2 基于相位恢复的已知明文攻击方法 186

8.2.3 基于模拟退火算法的已知明文攻击 190

8.2.4 选择明文攻击 193

8.2.5 基于线性方程组求解的已知明文攻击 198

8.2.6 唯密文攻击 199

8.3 菲涅耳域双随机相位加密系统的选择明文攻击 206

8.3.1 菲涅耳域的双随机相位编码 206

8.3.2 加密系统的安全性分析 208

8.3.3 加密系统的选择明文攻击 210

8.3.4 仿真实验及分析 213

8.3.5 小结 216

8.4 基于POCS算法和4f相关器的密码系统的已知明文攻击 216

8.4.1 基于POCS算法和4f相关器的密码系统的基本原理 216

8.4.2 已知明文攻击过程 217

参考文献 219

附录1 221

附录2 223

名词索引 224