專利名稱：基于虛擬光學(xué)的加密方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息安全技術(shù)，尤其涉及一種基于虛擬光學(xué)的加密方法及裝
置。背景技術(shù)：
在當(dāng)今數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)普及的背景下，信息的安全性問題日益彰顯，總體歸
納起來有兩個(gè)方面的事情需要考慮 一方面，使用各種加密算法保護(hù)待傳送 的信息，使其可以抵抗被動(dòng)攻擊；另一方面，就是要能防止對(duì)手對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行 主動(dòng)攻擊，如偽造，篡改信息等。認(rèn)證(Authentication)便是對(duì)抗主動(dòng)攻擊 的主要手段，它對(duì)于開放的網(wǎng)絡(luò)中的各種信息系統(tǒng)的安全性有重要作用。而 Hash函數(shù)的構(gòu)造正是實(shí)現(xiàn)當(dāng)前各種認(rèn)證方案不可缺或的步驟，也是決定認(rèn)證 方案是否具有可實(shí)施性和可靠性的關(guān)鍵因素。同時(shí)Hash函數(shù)的構(gòu)造也是目 前世界上應(yīng)用最廣泛的公鑰密碼系統(tǒng)(PKI)的技術(shù)核心。
Hash函數(shù)也叫哈希函數(shù)、散列函數(shù)——它是一種單向密碼體制，即它是 一個(gè)從明文到密文的不可逆映射，只有加密過程，不能解密。同時(shí)，Hash函 數(shù)可以將任意長(zhǎng)度的輸入經(jīng)過變換以后得到固定長(zhǎng)度的輸出。Hash函數(shù)的這
種單向性特征和輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度固定的特征使得它可以生成消息或其他數(shù)據(jù) 塊的"數(shù)字指紋"(也稱消息摘要，或散列值)，因此在數(shù)據(jù)完整性認(rèn)證、數(shù)字 簽名等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。
Hash函數(shù)是滿足以下要求的一類函數(shù)l.基本要求
(1) 算法公開，不需要密鑰。
(2) 有數(shù)據(jù)壓縮功能，能將任意長(zhǎng)度的輸入轉(zhuǎn)換成一個(gè)固定長(zhǎng)度的輸 出。
(3) 容易計(jì)算。即給出m，要計(jì)算/2fm)是容易的。 2.安全性要求
(1) 給定消息的散列值A(chǔ)—)要求出m是計(jì)算上不可行的。即對(duì)給定的 一個(gè)散列值，不可能找出一條消息使其散列值正好是給定的，這就是單向性;
(2) 給定消息m和其散列值/2^)，要找到另一個(gè)與m不同的消息m，，使得它們的散列值相同是不可能的(即抗弱碰撞性)；
(3)對(duì)于任意兩個(gè)不同的消息m和附，，它們的散列值不可能相同(即 抗強(qiáng)碰撞性)，實(shí)際上任意兩個(gè)消息如果略有差別，它們的散列值也會(huì)有很大 的不同。即雪崩效應(yīng)，要求散列函數(shù)具有強(qiáng)的碼間相關(guān)性，如果修改明文中 的一個(gè)比特，就會(huì)使輸出比特串中大約一半的比特發(fā)生變化。這樣，最后得 到的散列值將與明文的每一個(gè)比特密切相關(guān)。
自1990年Rivest構(gòu)造出MD4以來，國(guó)際密碼學(xué)界先后構(gòu)造出來了 MD5、 SHA-0、 SHA-1、 PIPEMD-160、 SHA-256、 SHA-384、 SHA-512等Hash函 數(shù)，其安全性能得到逐步的提高。目前MD5和SHA-1兩種典型算法仍然應(yīng) 用非常廣泛。而這些算法幾乎都密切的與各種數(shù)學(xué)運(yùn)算緊密相連，如異或、 求模、移位等操作。
基于光信息處理的數(shù)據(jù)加密技術(shù)是近年來在國(guó)際上開始起步發(fā)展的一種 新的"非數(shù)學(xué)"數(shù)據(jù)加密方法。其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在于具有實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)處理速度 和多重密鑰空間。但由于光路的可逆性，導(dǎo)致各類光學(xué)密碼算法都局限在對(duì) 稱密碼學(xué)范圍內(nèi)，無(wú)法應(yīng)用在目前廣泛使用的PKI中，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的完整 性認(rèn)證，也無(wú)法有效防止數(shù)據(jù)的偽造和篡改。
"虛擬光學(xué)"(Virtual Optics)的含義是在電子處理器空間用數(shù)字的方法仿 真光學(xué)數(shù)據(jù)處理的過程，如光的衍射、傳播，透鏡的傅里葉變換，全息記錄 和重建等等。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的一個(gè)技術(shù)問題是提供一種基于虛擬光學(xué)的加密方法， 所述的方法不僅提供了對(duì)數(shù)據(jù)完整性的認(rèn)證功能，也為光學(xué)數(shù)據(jù)加密方法進(jìn) 入公鑰密碼系統(tǒng)(PKI)提供了理論支持。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案加以 實(shí)現(xiàn)的。利用虛擬光學(xué)成像的相關(guān)理論知識(shí)，通過算法和電子裝置在數(shù)字域 仿真光學(xué)成像過程，并在物面和成像面加入一系列"替換相位"的不可逆操作， 對(duì)各種數(shù)字化信息(包括圖像、語(yǔ)音、文本等)進(jìn)行運(yùn)算，得到Hash值(即 散列值)，具體做法是 '
包括以下步驟1) 將待處理的數(shù)字化信息以128bit整分，最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全
部填充l，構(gòu)造出信息平面Info;
2) 在仿真虛擬光學(xué)成像過程的三維空間內(nèi)，對(duì)信息平面/"/o進(jìn)行分塊，
然后通過"逐步級(jí)耽，的離散夫瑯和費(fèi)衍射即傅立葉變換，實(shí)現(xiàn)加密和壓縮的
功能；在進(jìn)行"逐步級(jí)聯(lián)"的離散夫瑯和費(fèi)衍射時(shí)，利用算法有序地加入"替 換相位"的操作，使得整個(gè)過程不可逆，從而實(shí)現(xiàn)具有單向性的加密功能；
3) 利用步驟2)得到的數(shù)據(jù)矩陣構(gòu)造的復(fù)波場(chǎng)，進(jìn)行傅立葉變換并取振 幅，得到128bit的Hashl值；
4) 對(duì)信息平面/w/o中的每個(gè)"字"作一個(gè)循環(huán)左移4位的操作，構(gòu)造出一 個(gè)輔助信息平面，然后對(duì)其重復(fù)2)、 3)的操作，得到128bit的Hash2值， 將其與步驟3)得到的Hashl值組合起來得到最終的256bit的Hash值。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地
步驟l)中，構(gòu)造出信息平面Info的方法為將待處理的數(shù)字化信息， 以128bit整分，最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全部填充l，構(gòu)造出偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊， 或者構(gòu)造出奇數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊后補(bǔ)充一個(gè)全為1的128bit數(shù)據(jù)塊構(gòu)成偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù) 塊；然后將所述偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊分成兩排最終構(gòu)造出兩排4x4xN的數(shù)值矩陣， 其中N的值取決于數(shù)字化信息的長(zhǎng)度，每個(gè)數(shù)據(jù)塊為128bit、以8bit的"無(wú) 符號(hào)字"為最小單元構(gòu)成一個(gè)4x4的數(shù)值矩陣matrix。
步驟2)中，"逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"具體過程為在步驟l)得到的信 息平面Info中，對(duì)每一排4x4xN的數(shù)值矩陣均作如下處理先以第一個(gè)數(shù) 值矩陣做振幅，第二個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第一個(gè)復(fù)波場(chǎng)，對(duì)其做一 次傅立葉變換，得到第二個(gè)復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第二個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將第三個(gè) 數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第三個(gè)復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第三個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將 第四個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第四個(gè)復(fù)波場(chǎng)，......，直至構(gòu)造第N-1個(gè)
復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第N-1個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將第N個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu) 造第N個(gè)復(fù)波場(chǎng)，這樣就完成了每一排4x4xN的數(shù)值矩陣的"逐步級(jí)聯(lián)"和"替 換相位"操作。
采用本發(fā)明方法對(duì)可被128bit整分為8個(gè)數(shù)據(jù)矩陣w^rixl、 wa/rix3 、 mafr/x5、 ma rix7禾卩ma r/x2、附a/rix4、 wa/rix6、 ma/rix8的《寺處理數(shù)字4七"f言 息的加密過程如下a) 將待處理的數(shù)字化信息以128bit整分，最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全 部填充1， f導(dǎo)至lJ 8個(gè)數(shù)據(jù)矢巨陣W(3^xl、 ma/n!x3 、 w"/rix5、 ma^ix7禾口 wa^n:x2、 柳"fr/x4、 wa/rix6、 ma/rix8， 構(gòu)造出信息平面Info;
b) 分另ll對(duì)ma/rixl、 mafr/x3 、附a rix5、 w"^7'x7禾口 wa rz!x2、 wo/rix4、 m垂ix6、 m余誠(chéng)做一個(gè)'逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"的操作，分別得到/w/ol和
=戶/Z夂[ma^r/;c1,附a^/x3, ma,r紅5，附ofr/x7; 4]
/"々2 = P//K[ jfl/Wx2,腦&f;c4, wa,n'x6，附a^/x8; 4]，
其中，PHK算子的具體表達(dá)式如下 PHK[乂，B,C( … );iV] = afo(FFr[flfo(FiT[A承exp(j'*B/258)]} *exp(_/ *;r *C/258)]}
該表達(dá)式中FFT表示離散傅立葉變換，abs表示對(duì)數(shù)值矩陣求模(即取
振幅)，Exp表示e的冪；
將/"/ol和/"/o2分別分成4個(gè)2x2的實(shí)數(shù)矩陣m^n'xl' 、 maWx2' 、 maWx3'、 mafrix4禾口 ma/r/x5' 、 wa/尸/x6 、 ma^ix;7 、 wafr/x8 ;
取ma"M'和mafWx2'做振幅，取ma/nW'和ma/hx4'做相位，構(gòu)造出兩個(gè)復(fù) 波場(chǎng)即兩個(gè)復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"/011和/<012: /"/ol 1 = i^T[wa^ixl'. * exp(乂 * ;r * ma化/x3' / 258)]
取m^rix5和ma/n:x6做振幅，取wa化/x7和wafrix8做相位，構(gòu)造出兩個(gè) 復(fù)波場(chǎng)即兩個(gè)復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"/o21和h/o22: 7""yb21 = F/T"[ma/n'x5'. * exp() *丌* mafr/x7' / 258)]
/">22 = i^T[maWx6， exp(y * ;r * wafrix8' / 258)];
禾,/<011和/ /012的振幅相加，相位相加，構(gòu)造一個(gè)新的復(fù)數(shù)矩陣， 對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"/olll;利用/ /021和/ 》22的振幅相加，相位相加，構(gòu)造另一個(gè)新的復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"/o222: /"/ol 11 = FF71[—O/ol 1) +血(爭(zhēng)12)). * (awgfeO/ol 1) +朋g/eO/。12)] /"/。222 = F尸r[(一/"/021) + afe(/"/o22》.* (，/e(/"/o21) + ,/e(/"/o22)] 其中a"g/e()表示取相位；
利用復(fù)數(shù)矩陣/w/olll和/w/o222的振幅相加，相位相加，構(gòu)造一個(gè)新的 復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，并取振幅，得到一個(gè)2x2的實(shí)數(shù)矩陣， 該實(shí)數(shù)矩陣為double型數(shù)據(jù)，乘以倍率，使其每個(gè)實(shí)數(shù)成為含有7-10個(gè)有
效數(shù)字的uint32型數(shù)據(jù)，共128bit，即Z/^/zl值
//as/zl = 一F尸r[(血(/"/。111) + afo(/"/ol 11)).* 11) +呵/e(/"/。222)]}
c) 對(duì)信息平面/w/o的每個(gè)"字"做一個(gè)循環(huán)移位的操作，使其循環(huán)左移4 位，構(gòu)造出一個(gè)輔助信息平面;對(duì)該輔助信息平面進(jìn)行步驟a)、b)，得到//^/22 值；
d) 由7fmW和//as/72構(gòu)成一個(gè)2x4的數(shù)據(jù)矩陣，其中每個(gè)數(shù)值都是一 個(gè)uint32型的整數(shù)，這個(gè)矩陣便是利用類光學(xué)Hash函數(shù)運(yùn)算最終得到的 256bitdeHash值。
本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種基于虛擬光學(xué)的加密裝 置。 、
為解決該技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明加密方法的加密裝置， 所述裝置是由通用PC機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器、可編程專用集成電路構(gòu)成的主 從式系統(tǒng)，或是由數(shù)字信號(hào)處理器或可編程專用集成電路構(gòu)成的脫離PC機(jī) 單獨(dú)運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)；并且裝置按照下述順序連接裝置的輸入端與通訊 系統(tǒng)的輸出端相連接，裝置的輸出端直接與通訊線路相連接，當(dāng)原有的通訊 系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑹悄M信號(hào)，還要在光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置的前端加上 模/數(shù)轉(zhuǎn)換接口 ，在光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置的后端加上數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口 。
所述裝置可由中央處理器、無(wú)線收發(fā)芯片、傳感器構(gòu)成的通信終端，所 述通信終端的EEPROM中固化有構(gòu)造光學(xué)類Hash函數(shù)的算法，即無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)WSN中的節(jié)點(diǎn)。
所述數(shù)字信號(hào)處理器是單個(gè)并行數(shù)字信號(hào)處理器或由至少兩個(gè)數(shù)字信 號(hào)處理器構(gòu)成的陣列。
所述可編程專用集成電路是單個(gè)復(fù)雜的可編程邏輯器件或由至少兩個(gè) 復(fù)雜可編程邏輯器件組成的陣列，或是單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列或由至少兩個(gè) 現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列組成的陣列，或是由復(fù)雜的可編程邏輯器件和現(xiàn)場(chǎng)可編程 門陣列組成的陣列。
WSN中的通信終端是由傳感器采集數(shù)據(jù)，并由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字 化信息，再由內(nèi)置的中央處理器對(duì)由數(shù)字化信息構(gòu)成的信息平面做準(zhǔn)實(shí)時(shí)處 理，生成Hash值，然后由發(fā)射芯片通過無(wú)線信道發(fā)送出去。優(yōu)選地，所述 裝置采用主從式硬件結(jié)構(gòu)，包括充當(dāng)主機(jī)的通用個(gè)人計(jì)算機(jī)和充當(dāng)從機(jī)的數(shù) 字信號(hào)處理子系統(tǒng)，所述數(shù)字信號(hào)處理子系統(tǒng)包括數(shù)字信號(hào)處理芯片和現(xiàn)場(chǎng) 可編程門陣列芯片，所述數(shù)字信號(hào)處理芯片用于水印嵌入與檢測(cè)核心處理， 所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片用于系統(tǒng)控制和管理。優(yōu)選地，所述裝置采用嵌 入式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括單個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器組成的陣列， 所述數(shù)字信號(hào)處理器中的EEPROM內(nèi)固化有光學(xué)類Hash函數(shù)的構(gòu)造算法。 優(yōu)選地，所述裝置包括單個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件或多個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件 組成的陣列。
優(yōu)選地，所述裝置包括單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門 陣列芯片組成的陣列。
優(yōu)選地，所述裝置包括單個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件或多個(gè)復(fù)雜可編程邏輯 器件組成的陣列以及單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯 片組成的陣列。
優(yōu)選地，所述裝置包括數(shù)據(jù)采集傳感器、無(wú)線收發(fā)芯片、中央處理器， 所述數(shù)字信號(hào)處理器中的EEPROM內(nèi)固化有光學(xué)類Hash函數(shù)的構(gòu)造算法。 所述裝置具有使用靈活性高和適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)
本發(fā)明的有益效果為(1)第一次實(shí)現(xiàn)了光信息安全領(lǐng)域的不對(duì)稱加密， 不僅提供了對(duì)數(shù)據(jù)完整性巧認(rèn)證功能，也為光學(xué)數(shù)據(jù)加密方法進(jìn)入公鑰f碼 系統(tǒng)(PKI)提供了理論支持；(2)物理背景清晰，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性」靈 活性和可拓展性；(3)系統(tǒng)利用電子處理器，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)光學(xué)類Hash函數(shù)的構(gòu)造，這樣可以完全消除光學(xué)器件的物理限制，增強(qiáng)可操作性，使基于 虛擬光學(xué)的不對(duì)稱加密的思想可以很容易地實(shí)現(xiàn)；(4)可用于各種數(shù)字化信 息如圖像、視頻、語(yǔ)音、文本等，普適性很好；(6)可構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)，
準(zhǔn)實(shí)時(shí)完成對(duì)數(shù)據(jù)完整性的認(rèn)證。

下面通過具體實(shí)施方式
并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明
圖1是基于虛擬光學(xué)的類Hash函數(shù)的構(gòu)造方法的原理示意圖2是按特定要求排列的待處理的數(shù)字化信息，即信息平面；
圖3是構(gòu)造光學(xué)類Hash函數(shù)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)平面示意圖4是基于虛擬光學(xué)的類Hash函數(shù)的構(gòu)造方法的一個(gè)簡(jiǎn)明總流程示意
圖5為本發(fā)明加密裝置一種實(shí)施例采用通用PC機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器和 可編程專用集成電路構(gòu)成的主從式光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置結(jié)構(gòu)框圖6為本發(fā)明加密裝置一種實(shí)施例采用數(shù)字信號(hào)處理器陣列構(gòu)成的光學(xué) 類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置結(jié)構(gòu)框圖7為本發(fā)明加密裝置一種實(shí)施例采用復(fù)雜的可編程邏輯器件陣列構(gòu)成 的光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置結(jié)構(gòu)框圖8為本發(fā)明加密裝置一種實(shí)施例采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片陣列構(gòu)成 的光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置結(jié)構(gòu)框圖9為本發(fā)明加密裝置一種實(shí)施例采用復(fù)雜的可編程邏輯器件陣列與現(xiàn) 場(chǎng)可編程門陣列芯片陣列構(gòu)成的光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置結(jié)構(gòu)框圖10為本發(fā)明加密裝置一種實(shí)施例采用普通ATMEL系列中央處理器， 數(shù)據(jù)采集傳感器，無(wú)線收發(fā)芯片構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的通信終端(即 節(jié)點(diǎn))，構(gòu)成光學(xué)類Hash函數(shù)實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
附圖中標(biāo)號(hào)說明如下
201是通用PC機(jī)，202是PCI總線控制器，203、 501是數(shù)字信號(hào)處理 器(DSP)， 204、 701、 802是現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片，205是電源管理芯片， 206是Flash存儲(chǔ)器，207是同步動(dòng)態(tài)RAM, 208是同步觸發(fā)靜態(tài)RAM, 601 、 801復(fù)雜的可編程邏輯器件。1001是數(shù)據(jù)采集傳感器，1002是無(wú)線收發(fā)芯片， 1003是中央處理器。
具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖1至4對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做詳細(xì)地說明。 圖l示出了本發(fā)明方法的流程原理。步驟如下
1) 如圖2所示，構(gòu)造數(shù)字化信息平面Info:將待處理的數(shù)字化信息，以 128bit整分，最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全部填充1，構(gòu)造出偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊， 或者構(gòu)造出奇數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊后補(bǔ)充一個(gè)全為1的128bit數(shù)據(jù)塊構(gòu)成偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù) 塊；然后將所述偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊分成兩排最終構(gòu)造出兩排4x4xN的數(shù)值矩陣， 其中N的值取決于數(shù)字化信息的長(zhǎng)度，每個(gè)數(shù)據(jù)塊為128bit、以8bit的"無(wú) 符號(hào)字"為最小單元構(gòu)成一個(gè)"4的數(shù)值矩陣matrix。
以處理1024bit數(shù)據(jù)(其中最后104bit全部填充1)為例，以128bit整分， 最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全部填充l，以"無(wú)符號(hào)字"(8bit)為最小單元，每 128bit數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)4x4的數(shù)值矩陣(matrix),從而構(gòu)造出一個(gè)S"x8的數(shù) 值矩陣，即一共分成8個(gè)數(shù)值矩陣，按編號(hào)l， 2， 3， 4， 5， 6， 7， 8排列， 每個(gè)數(shù)it矢巨陣分另'J禾爾為matrixl 、 matrix2 、 matrix3 、 matrix4、 matrix5 、 matrix6、 matrix7、 matrix8。每個(gè)數(shù)值矩陣中包含16個(gè)"字"，因此每個(gè)數(shù)值矩陣含有 16x8428bit的數(shù)據(jù)，這整個(gè)數(shù)據(jù)平面即為構(gòu)造出的數(shù)字化"信息平面"，由于 其中的每個(gè)'字"都是一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)，故此信息平面也可看作是一個(gè)"8 階的灰度圖像"。
2) 在仿真虛擬光學(xué)成像過程的三維空間內(nèi)，對(duì)步驟l)構(gòu)造的信息平面 Info進(jìn)行分塊，然后通過"逐步級(jí)聯(lián)"的離散夫瑯和費(fèi)衍射(即傅立葉變換)， 實(shí)現(xiàn)加密和壓縮的功能；在進(jìn)行"逐步級(jí)聯(lián)"的離散夫瑯和費(fèi)衍射時(shí)，利用算 法有序地加入"替換相位"的操作，使得整個(gè)過程不可逆，從而實(shí)現(xiàn)具有單向 性的加密功能；
3) 利用步驟2)得到的數(shù)據(jù)矩陣構(gòu)造的復(fù)波場(chǎng)，進(jìn)行傅立葉變換并取振
幅，得到128bit的Hashl值；
4) 對(duì)信息平面/"々中的每個(gè)"字"作一個(gè)循環(huán)左移4位的操作，構(gòu)造出一 個(gè)輔助信息平面，然后對(duì)其重復(fù)2)、 3)的操作，得到128bit的Hash2值， 將其與步驟3)得到的Hashl值組合起來得到最終的256bit的Hash值。
步驟2)中"逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"操作的原理為在步驟l)得到的信 息平面Info中，對(duì)每一排4x4xN的數(shù)值矩陣均作如下處理先以第一個(gè)數(shù) 值矩陣做振幅，第二個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第一個(gè)復(fù)波場(chǎng)，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到第二個(gè)復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第二個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將第三個(gè) 數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第三個(gè)復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第三個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將 第四個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第四個(gè)復(fù)波場(chǎng)，......，直至構(gòu)造第N-1個(gè)
復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第N-1個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將第N個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)
造第N個(gè)復(fù)波場(chǎng)，這樣就完成了每一排4x4xN的數(shù)值矩陣的"逐步級(jí)聯(lián)"和"替
換相位"操作。
"逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"操作的具體過程為 首先引入算子p/^[」，5， C( … ); ^來描述在數(shù)字空間，基于傅立葉變換的 "逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"的過程。其中A， B， C等表示參與運(yùn)算的數(shù)值矩陣， 它們大小相同，N表示這些數(shù)值矩陣的大小，例如N:4，表示數(shù)值矩陣中含 有4x4個(gè)字。PHK算子的具體表達(dá)式如下
P欣[v4， & C( … );7V〗=一FfTCm^.* exp(/ *;r * 5 / 258)]} ■ * exp(j' *tt * C / 258)]}
其中FFT表示離散傅立葉變換，abs表示對(duì)數(shù)值矩陣求模(即取振幅)， Exp表示e的冪。
下面開始處理信息平面Info，第一輪處理
首先需要分另U對(duì)matrix 1 、 matrix3 、 matrix5、 matrix7禾卩matrix2、 matrix4、 matrix6、 matrix8做一個(gè)"逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"的操作，分別得到Infol和 Info2，具體實(shí)現(xiàn)方式如下
/"》2 = iWir[麵fhx2,應(yīng)/Wx4，麗fn'x6,應(yīng)/Wx8; 4]
圖3便是數(shù)據(jù)平面Infol和Info2，它們都是4><4的實(shí)數(shù)矩陣，下面再將 Infol和Info2分別分成4個(gè)2x2的實(shí)數(shù)矩陣(附""M' 、 wa^,:r2' 、 m"fr&3'、 ma"ix4'禾口 m"Wx5'、 ma^-fx6'、 maZWx7'、 mafrix8')，下面先處理Infol，取附"Wxl' 和ma的:^'做振幅，取m"fr/xS'和m^7:^'做相位，構(gòu)造出兩個(gè)復(fù)波場(chǎng)(即兩個(gè) 復(fù)數(shù)矩陣)，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到Infoll和Infol2，具體實(shí)現(xiàn)方法 如下
/"/ol 1 = FFr[mWWxl'.* exp(/ * ;r * mafr/x3' / 258)] / I2 =尸尸r[扁Wx2'. * exp(/ * ;r *層Wx4' / 258)]
理，處理Info2，可以得到Info21和lnfo22，具體實(shí)現(xiàn)方法如下/"/。21 = i^T[顧fn'x5'. * exp(j' * ;r *應(yīng)fr〖x7' / 258)] 22 = FFr[應(yīng)Wx6'. * exp(y * 7T *應(yīng)&ix8' / 258)]
接下來處理剛剛得到的4個(gè)2x2的復(fù)數(shù)矩陣Infoll、 Infol2、 Info21和 Info22，利用Infoll和lnfo12的振幅相加，相位相加，構(gòu)造一個(gè)新的復(fù)數(shù)矩 陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到Infolll，同理，利用Info21和Info22的 振幅相加，相位相加，構(gòu)造一個(gè)新的復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得 到lnfo222，具體實(shí)現(xiàn)方法如下
/"/ol 11 =1) + *(/"/ol2)).*(,/e(/"/ol 1) + ,/e(/"/ol2)]
/"/。222 = FFr[(血(/"/021) + afe(爭(zhēng)22》.承(。"g/e(/"/o21) + awg/e(/"/o22)]
其中a"g/e()表示取相位；
這樣就完成了 "逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"的操作。
最后利用復(fù)數(shù)矩陣Infolll和Info222的振幅相加，相位相加，構(gòu)造一個(gè) 新的復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做最后一次傅立葉變換，并取振幅，得到一個(gè)2x2的實(shí) 數(shù)矩陣(double型數(shù)據(jù))，即Hashl值。具體實(shí)現(xiàn)方法如下 //as/d = 一FFr[(血(/"Zo111) +11)).* (a"g/e(/w/ol 11) +呵/e(/"/。222)]}
為了減少內(nèi)存，對(duì)數(shù)據(jù)乘以10"，使其每個(gè)實(shí)數(shù)成為含有7-10個(gè)有效 數(shù)字的uint32型數(shù)據(jù)，共128bit，即最終的Hashl值。
為了更好的滿足雪崩效應(yīng)，即初始信息改變一個(gè)bit，輸出值至少有一半 以上的bit位發(fā)生變化。下面將進(jìn)一步對(duì)原始信息平面Info做處理。
第二輪處理
現(xiàn)在進(jìn)入第二輪基于傅立葉變換的置換、壓縮操作。其過程和原理與第 一輪操作一樣，只是在處理信息平面之前，先對(duì)信息平面的每個(gè)"字"做一個(gè) 循環(huán)移位的操作，構(gòu)造出一個(gè)輔助信息平面。具體實(shí)現(xiàn)方法如下如圖2所 示，信息平面共含有128個(gè)"字"，對(duì)每個(gè)字進(jìn)行移位操作，使其循環(huán)左移4 位，例如上述信息平面第一個(gè)字123，其二進(jìn)制表示為01111011，循環(huán)左 移四位后得到10110111，即183。
對(duì)上述輔助信息平面進(jìn)行與得到Hashl值的過程同樣的處理，可以得到 另外4x32428bit的數(shù)據(jù)，即Hash2值，由Hashl和Hash2構(gòu)成一個(gè)2x4的 數(shù)據(jù)矩陣，其中每個(gè)數(shù)值都是一個(gè)uint32型的整數(shù)，每個(gè)數(shù)值的有效位基本 都在7-10位之間。這個(gè)矩陣便是利用類光學(xué)Hash函數(shù)運(yùn)算最終得到的Hash 值(共256bit)。圖4是基于虛擬光學(xué)的類Hash函數(shù)的構(gòu)造方法的一個(gè)簡(jiǎn)明總流程示意
圖，可以清楚的看到整個(gè)光學(xué)加密方法分成兩大輪，每輪都可以完成一個(gè)單 向的加密功能和數(shù)據(jù)壓縮功能，而且由于使用特殊的處理，使得兩輪運(yùn)算后
得到的Hash值具有很好的雪崩效應(yīng)，整個(gè)加密功能很好的滿足了 Hash函數(shù) 的特性要求。
在本實(shí)施例中，為了提高精度，可以在步驟2)處理信息平面之前，將 信息平面uint8型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為double型，同時(shí)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)加3，即對(duì)信息平 面做"去零化"處理；
在本實(shí)施例中，為了避免出現(xiàn)碰撞，在對(duì)圖4中的數(shù)值矩陣1、 3、 5、 7 和數(shù)值矩陣2、 4、 6、 8的壓縮過程中，每次做傅立葉變換前都做去零化處理， 方法為再次對(duì)待處理數(shù)據(jù)加3。
在最終得到Hashl值和Hash2值之前，對(duì)數(shù)據(jù)乘以10A7，使其每個(gè)實(shí)數(shù) 成為含有7-10個(gè)有效數(shù)字的uint32型數(shù)據(jù)，共128bit，即最終的Hashl值和 Hash2值。
為了驗(yàn)證本發(fā)明構(gòu)造的光學(xué)類Hash函數(shù)的餘性，在MATLABR2008a環(huán)
境下，做了大量攻擊測(cè)試。具體測(cè)試方法及結(jié)果如下
1. 隨機(jī)生成100萬(wàn)組信息平面，對(duì)每個(gè)信息平面反復(fù)隨機(jī)做100次加1 或減l操作(改動(dòng)一個(gè)bit位)，計(jì)算其Hash值，均未發(fā)生碰撞現(xiàn)象，且證 實(shí)了本發(fā)明所設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生的Hash值具有良好的雪崩效應(yīng)。
2. 隨機(jī)生成100萬(wàn)組信息平面，對(duì)每個(gè)信息平面做200次操作，其中每 次操作使得信息平面中一個(gè)隨機(jī)位置的數(shù)字減去一個(gè)隨機(jī)數(shù)，計(jì)算其Hash 值，均未發(fā)生碰撞現(xiàn)象，且證實(shí)了本發(fā)明所設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生的Hash值具有良 好的雪崩效應(yīng)。
本發(fā)明提供的光學(xué)加密方法很好的滿足了 Hash函數(shù)的數(shù)據(jù)壓縮功能， 可以把任意長(zhǎng)度的輸入信息，轉(zhuǎn)換成固定長(zhǎng)度的輸出。
本發(fā)明提供的光學(xué)加密方法很好的滿足了 Hash函數(shù)的單向數(shù)據(jù)加密功 能，可以把輸入的信息，加密成密文，且計(jì)算上不可逆。
本發(fā)明提供的光學(xué)加密方法很好的滿足了 Hash函數(shù)雪崩效應(yīng)，改動(dòng)輸 入信息的任何一個(gè)bit位，其生成的Hash值將會(huì)有很大的變化。
圖5是本發(fā)明光學(xué)加密方法實(shí)現(xiàn)裝置的一種實(shí)施例，釆用通用PC機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、以及現(xiàn)場(chǎng)可編程專用集成電路(FPGA)構(gòu)成主從
式光學(xué)類Hash函數(shù)實(shí)現(xiàn)裝置的硬件結(jié)構(gòu)。該裝置將通用PC機(jī)201作為主機(jī)， 由DSP芯片203、 FPGA芯片204、電源管理芯片205、 Flash存儲(chǔ)器206、 同步動(dòng)態(tài)RAM 207以及同步觸發(fā)靜態(tài)RAM 208組成的DSP子系統(tǒng)作為從 機(jī)。采用軟件編寫實(shí)現(xiàn)主機(jī)和從機(jī)之間的信息交換和實(shí)時(shí)通訊、界面選擇、 人機(jī)接口等功能。采用DSP+FPGA構(gòu)成的從機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)各種數(shù)字化信息計(jì)算 Hash值。DSP芯片203完成光學(xué)類Hash運(yùn)算，F(xiàn)PGA芯片204完成系統(tǒng)復(fù) 位控制、電源管理、PCI控制器202和DSP芯片203接口控帝iJ、 PCI控制器 和DSP的中斷控制、數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)序控制。主、從機(jī)之間通過PCI總線進(jìn)行 數(shù)據(jù)通訊、信息交換。
圖6是本發(fā)明的一種實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字信號(hào)處理器陣列是 由單個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器601或多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器601的組合構(gòu)成的，算法 被固化在數(shù)字信號(hào)處理器陣列中的EEPROM內(nèi)，構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)，從而可 以脫離PC機(jī)單獨(dú)運(yùn)行。這種脫機(jī)的多媒體信息隱藏系統(tǒng)具有體積小、靈活 簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
圖7是本發(fā)明的又一種實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，復(fù)雜的可編程邏輯器 件陣列是由單個(gè)復(fù)雜的可編程邏輯器件701或多個(gè)復(fù)雜的可編程邏輯器件 701的組合構(gòu)成的嵌入式光學(xué)類Hash函數(shù)實(shí)現(xiàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖8是本發(fā)明的又一種實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)類Hash函數(shù)的 實(shí)現(xiàn)裝置是由單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片801或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片 801組合而成的陣列構(gòu)成的。
圖9是本發(fā)明的又一種實(shí)施例。它是由單個(gè)或多個(gè)復(fù)雜的可編程邏輯器 件901構(gòu)成的陣列與單個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片902構(gòu)成的陣列組成 的嵌入式光學(xué)類Hash函數(shù)實(shí)現(xiàn)裝置。
圖IO是本發(fā)明的又一種實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)例中，光學(xué)類Hash函數(shù)的實(shí) 現(xiàn)裝置是由數(shù)據(jù)采集傳感器1001、無(wú)線收發(fā)芯片1002和中央處理器1003構(gòu) 成，其中中央處理器的EEPROM中固化有光學(xué)類Hash函數(shù)的算法，由中央 處理器完成光學(xué)類Hash函數(shù)的核心計(jì)算部分，中央處理器能準(zhǔn)實(shí)時(shí)的處理 數(shù)據(jù)采集傳感器采集的數(shù)據(jù)或者無(wú)線收發(fā)芯片接收的數(shù)據(jù)，生成Hash值， 完成數(shù)據(jù)完整性認(rèn)證。
按照本發(fā)明提供的方法實(shí)現(xiàn)光學(xué)類Hash函數(shù)的裝置可以在通用PC機(jī)上使用Visual 0++軟件環(huán)境實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然這些特定的環(huán)境僅僅是說明性的，本發(fā) 明的方法可用于多個(gè)不同廠商制造的計(jì)算機(jī)連同使用任何適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)言編寫的
軟件來加以實(shí)現(xiàn)，譬如WINAVR、 DEVC+十等。
本發(fā)明提供的基于虛擬光學(xué)的類Hash函數(shù)的構(gòu)造方法及裝置可以處理 任意數(shù)字化信息，包括圖片、文本、音頻等。能有效的保護(hù)數(shù)據(jù)的完整性， 在多媒體數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)盛行時(shí)代具有重要的意義。同時(shí)本發(fā)明物理背景清晰， 具有很好的拓展性和靈活性。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明， 不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推 演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種基于虛擬光學(xué)的加密方法，其特征在于包括以下步驟1)將待處理的數(shù)字化信息以128bit整分，最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全部填充1，構(gòu)造出信息平面Info；2)在仿真虛擬光學(xué)成像過程的三維空間內(nèi)，對(duì)信息平面Info進(jìn)行分塊，然后通過“逐步級(jí)聯(lián)”的離散夫瑯和費(fèi)衍射即傅立葉變換，實(shí)現(xiàn)加密和壓縮的功能；在進(jìn)行“逐步級(jí)聯(lián)”的離散夫瑯和費(fèi)衍射時(shí)，利用算法有序地加入“替換相位”的操作，使得整個(gè)過程不可逆，從而實(shí)現(xiàn)具有單向性的加密功能；3)利用步驟2)得到的數(shù)據(jù)矩陣構(gòu)造的復(fù)波場(chǎng)，進(jìn)行傅立葉變換并取振幅，得到128bit的Hash1值；4)對(duì)信息平面Info中的每個(gè)“字”作一個(gè)循環(huán)左移4位的操作，構(gòu)造出一個(gè)輔助信息平面，然后對(duì)其重復(fù)2)、3)的操作，得到128bit的Hash2值，將其與步驟3)得到的Hash1值組合起來得到最終的256bit的Hash值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于虛擬光學(xué)的加密方法，其特征在于步 驟1)中，構(gòu)造出信息平面Info的方法為將待處理的數(shù)字化信息，以128bit 整分，最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全部填充l，構(gòu)造出偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊，或者構(gòu) 造出奇數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊后補(bǔ)充一個(gè)全為1的128bit數(shù)據(jù)塊構(gòu)成偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊；然 后將所述偶數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)塊分成兩排最終構(gòu)造出兩排4x4xN的數(shù)值矩陣，其中N 的值取決于數(shù)字化信息的長(zhǎng)度，每個(gè)數(shù)據(jù)塊為128bit、以8bit的"無(wú)符號(hào)字" 為最小單元構(gòu)成一個(gè)^4的數(shù)值矩陣matrix。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬光學(xué)的加密方法，其特征在于所 述步驟2)中，"逐步級(jí)聯(lián)"和"替換相位"具體過程為在步驟l)得到的信息 平面Info中，對(duì)每一排4x4xN的數(shù)值矩陣均作如下處理先以第一個(gè)數(shù)值 矩陣做振幅，第二個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第一個(gè)復(fù)波場(chǎng)，對(duì)其做一次 傅立葉變換，得到第二個(gè)復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第二個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將第三個(gè)數(shù) 值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第三個(gè)復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第三個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將第 四個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造第四個(gè)復(fù)波場(chǎng)，......，直至構(gòu)造第N-1個(gè)復(fù)波場(chǎng)，然后對(duì)第N-1個(gè)復(fù)波場(chǎng)取振幅、將第N個(gè)數(shù)值矩陣調(diào)制成相位，構(gòu)造 第N個(gè)復(fù)波場(chǎng)，這樣就完成了每一排4x4xN的數(shù)值矩陣的"逐步級(jí)聯(lián)"和"替 換相位"操作。 '
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于虛擬光學(xué)的加密方法，其特征在于可被128bit整分為8個(gè)數(shù)據(jù)失巨陣m"rr&l 、 ma的:x3 、 ma的-jc5、 wafrz:x7禾口附a的:x2、 wa/Wx4、 w^rz:x6、 wofrtc8的待處理數(shù)字化信息的加密方法如下a) 將待處理的數(shù)字化信息以128bit整分，最后不足128bit的數(shù)據(jù)塊全 部±真充1 ，得到8個(gè)數(shù)據(jù)矢巨陣仿a rixl、 wa rix3 、附a的!r5、 ma/rir7禾卩附" rix2、 柳fl/rix4、 附a/rix6、 wfl/rix8， 構(gòu)造出信息平面Info;b) 分另!j對(duì)附afrixl、 w"frix3 、附"/rix5、 wa/rix7禾卩m"/n!x2、 wa rix4、 maH;c6、 mafr誠(chéng)做一個(gè)'逐步級(jí)耽鄰"替換相位"的操作，分別得到h/ol和=尸/Z^[wflfr/jd, wafr"/x3,附afr"/x5， /waZn'x7; 4]/w/o2 =尸/f《[ma/n'x2, wwrfn'x4, ma/n'x6, warn'x8; 4];和/w/o2分別分成4個(gè)2x2的實(shí)數(shù)矩陣wafrM' 、 m^nbc2' 、 ma的!x3'、 ma n'x4禾0 ma/n'x5 、 /waZn!x6 、 mGfn'x7 、 mtf rix8 ;取mafrM'和w^〃:r2'做振幅，取/w"frix:3'和wafric4'做相位，構(gòu)造出兩個(gè)復(fù) 波場(chǎng)即兩個(gè)復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"/oll和/w/ol2: /"/ol 1 =尸尸r[w加rfxl'. * exp(y' * ;r * ma^/x3' / 258)] /"/ol2 =尸尸r[w"化i:c2'. * exp(乂 * ;r * wo/ra4' / 258)];取wa/rix5和wafr/x6做振幅，取wa^n!x7和wa化ix8做相位，構(gòu)造出兩個(gè) 復(fù)波場(chǎng)即兩個(gè)復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"/o21和/"/o22: 7n/o21 = F尸r[ma的:x5'. * exp(y' * ;r * w"/r/x7' / 258)]/咖22 = F/T[願(yuàn)Wx6'. * exp(y * ;r *應(yīng)/A8' / 258)〗； 利用/"/oU和/"》12的振幅相加，相位相加，構(gòu)造一個(gè)新的復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"/olll;利用/"》21和/"/o22的振幅相加，相位相加，構(gòu)造另一個(gè)新的復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，得到/"》222: /"/ol 11 =尸F(xiàn)r[(afe0/oll) + "fc(/"/ol2》.*0"g/e(/"/ol l) + a"g/e(/"/ol2)] 。 /"/。222 = FKT[(血(/"/021) + afc(/"/o22》.* (a"g o21) +朋映( 22)]其中^g/e()表示取相位；利用復(fù)數(shù)矩陣/w/olll和/<0222的振幅相加，相位相加，構(gòu)造一個(gè)新的 復(fù)數(shù)矩陣，對(duì)其做一次傅立葉變換，并取振幅，得到一個(gè)2x2的實(shí)數(shù)矩陣， 該實(shí)數(shù)矩陣為double型數(shù)據(jù)，乘以倍率，使其每個(gè)實(shí)數(shù)成為含有7-10個(gè)有效數(shù)字的uint32型數(shù)據(jù)，共128bit，即/fo^l值//asW =血(FFr[(血(/"/。111) + 11)).* (a"g/e(/"/ol 11) +朋g/e(/"/。222)]}c) 對(duì)信息平面/"/o的每個(gè)"字"做一個(gè)循環(huán)移位的操作，使其循環(huán)左移4 位，構(gòu)造出一個(gè)輔助信息平面;對(duì)該輔助信息平面進(jìn)行步驟a)、b)，得到/f似/z2 值；d) 由//mW和//aS/22構(gòu)成一個(gè)2x4的數(shù)據(jù)矩陣，其中每個(gè)數(shù)值都是一 個(gè)uint32型的整數(shù)，這個(gè)矩陣便是利用類光學(xué)Hash函數(shù)運(yùn)算最終得到的 256bitdeHash值。
5、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述加密方法的加密裝置，其特征在于所述 裝置是由通用PC機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器、可編程專用集成電路構(gòu)成的主從式系統(tǒng)，或是由數(shù)字信號(hào)處理器或可編程專用集成電路構(gòu)成的脫離PC機(jī)單獨(dú)運(yùn)行的嵌入式系統(tǒng)；并且裝置按照下述順序連接裝置的輸入端與通訊系統(tǒng)的輸出端相連接，裝置的輸出端直接與通訊線路相連接，當(dāng)原有的通訊系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑹悄M信號(hào)，還要在光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置的前端加上模/數(shù) 轉(zhuǎn)換接口 ，在光學(xué)類Hash函數(shù)構(gòu)造裝置的后端加上數(shù)/模轉(zhuǎn)換接口 。
6、 一種實(shí)現(xiàn)按照權(quán)利要求1所述加密方法的裝置，其特征在于所述 裝置是由中央處理器、無(wú)線收發(fā)芯片、傳感器構(gòu)成的通信終端，所述通信終 端的EEPROM中固化有構(gòu)造光學(xué)類Hash函數(shù)的算法，即無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) WSN中的節(jié)點(diǎn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的加密裝置，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)處理 器是單個(gè)并行數(shù)字信號(hào)處理器或由至少兩個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器構(gòu)成的陣列。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的加密裝置，其特征在于所述可編程專用集 成電路是單個(gè)復(fù)雜的可編程邏輯器件或由至少兩個(gè)復(fù)雜可編程邏輯器件組成 的陣列，或是單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列或由至少兩個(gè)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列組成的 陣列，或是由復(fù)雜的可編程邏輯器件和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列組成的陣列。
9、根據(jù)權(quán)利要求6所述的加密裝置，其特征在于WSN中的通信終端是由傳感器采集數(shù)據(jù)，并由A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信息，再由內(nèi)置的中央 處理器對(duì)由數(shù)字化信息構(gòu)成的信息平面做準(zhǔn)實(shí)時(shí)處理，生成Hash值，然后 由發(fā)射芯片通過無(wú)線信道發(fā)送出去。
全文摘要
本發(fā)明提供一種加密方法，通過算法和電子裝置在數(shù)字域仿真光學(xué)成像過程，并在物面和成像面加入一系列“替換相位”的不可逆操作，對(duì)各種數(shù)字化信息(包括圖像、語(yǔ)音、文本等)進(jìn)行運(yùn)算，得到Hash值；本發(fā)明還提供了實(shí)現(xiàn)該方法的裝置。本發(fā)明第一次實(shí)現(xiàn)了光信息安全領(lǐng)域的不對(duì)稱加密，不僅提供了對(duì)數(shù)據(jù)完整性的認(rèn)證功能，也為光學(xué)數(shù)據(jù)加密方法進(jìn)入公鑰密碼系統(tǒng)(PKI)提供了理論支持；具有很強(qiáng)的適應(yīng)性、靈活性和可拓展性；系統(tǒng)利用電子處理器，在數(shù)字域?qū)崿F(xiàn)光學(xué)類Hash函數(shù)的構(gòu)造，這樣可以完全消除光學(xué)器件的物理限制，增強(qiáng)可操作性，容易實(shí)現(xiàn)；普適性很好；可構(gòu)成嵌入式系統(tǒng)，準(zhǔn)實(shí)時(shí)完成對(duì)數(shù)據(jù)完整性的認(rèn)證。
文檔編號(hào)H04L9/00GK101616000SQ20091010528
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月24日
發(fā)明者何文奇, 翔 彭, 祁永坤 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)