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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1221

附录2223

名词索引224