基于光学反问题的图像加密算法破解研究

光学图像加密是光学信息和数字信号处理领域中的一个热点课题，近十几年来该研究方向取得了众多成果，其中分数傅立叶变换在光学图像加密技术中具有重要的应用价值。研究者的兴趣大多集中在发展加密算法上，而在破解加密图像方面研究得比较少。本课题研究主要目的在于从光学反问题的视角探索图像加密算法的破解。我们从盲解卷积算法、位相恢复算法、蒙特卡罗算法以及暴力破解等方度出发，通过部分线索结合一定的算法来解密被加密的图像信息。针对现有的一些图像加密算法，我们将研究相应的破解算法。通过该研究工作我们也试图给出一个定量衡量图像加密算法安全性的方法。该课题的顺利完成对于促进信息安全技术、光学信息处理及数字信号处理等领域的研究和应用具有重要理论意义和广泛的应用价值。

本项目进展顺利，基本上按任务书中内容展开相关研究，项目的研究要点包括：（1）基于相位恢复算法提出了若干新型的图像加密/解密和图像水印方法：我们围绕相位恢复算法这一典型的光学反问题求解方式，结合多种数学变换，例如分数傅立叶变换、Gyrator变换以及Arnold变换等，提出了一些实现光学图像加密的方法：如基于Gyrator变换域的迭代随机相位编码加密；基于Arnold变换和Gyrator变换的图像加密技术；基于分数傅里叶变换以及随机位相编码的水印技术；基于Gyrator变换域位相恢复算法的水印技术；基于Michelson干涉的光学类流密码的图像加密系统；迭代双随机相位编码算法的已知明文攻击方案等。（2）提出了多种双图像和多图像加密方案：我们在本项目中提出了多种实现双图像和多图像加密的方案，例如：基于Gyrator变换和仿射变换的双图像加密算法；基于Arnold变换和离散分数角度变换的双图像加密；基于联合分数傅里叶变换和gyrator变换的双图像分存加密算法；基于gyrator变换域迭代二值编码的双图像加密算法; 基于频移技术的光学多图像加密算法以及基于gyrator变换域像素交换和随机相位编码的双图像加密方案等等。（3）提出了多种彩色图像加密算法：本项目根据彩色图像的特点，结合色彩空间特性提出了几种新型的彩色图像加密方案，包括：基于颜色矢量旋转操作的图像加密算法；基于IHS空间上的Arnold变换和离散分数随机变换的彩色图像加密算法；基于离散余弦变换和颜色混合操作的彩色图像加密算法以及多频谱及全色图像融合技术等等。（4）提出了多种基于图像旋转置乱以及局域操作的图像加密方法：我们尝试从新的角度解决图像加密的问题，例如基于图像的局域操作、旋转、置乱等处理方式进行图像的加密。本项目中我们提出了几种加密方案，包括：基于gyrator变换域旋转方形子图像的图像隐藏方案；基于Baker映射和一维分数傅里叶变换的图像加密算法；基于分数傅里叶变换和像素置乱操作的图像加密算法；基于分数傅里叶变换域随机旋转操作的图像加密算法以及基于gyrator变换域随机局域相位编码的图像加密算法。. 项目期间，共发表学术论文35篇，全部被SCI收录，完成了任务书预定成果指标。

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