基于计算“鬼”成像的身份认证协议设计与研究

摘要

身份认证是对要求进入安全系统的用户进行身份辨别的一个过程。在信息技术高度发达的今天，作为信息安全的第一道防线，身份认证技术显得尤为重要。传统的身份认证技术主要依靠的是计算机、数字信号处理等电子手段，终究要受到硬件速度和成本的限制，因而寻求更高效、更安全的信息安全技术成为了一种迫切需要。
　　光学身份认证技术因其运算速度快、可以实现多维信息加载等优势引起了越来越多的关注。“鬼”成像是一种有趣的光学现象，它在没有物体的闲置光路中通过符合测量得到放置在信号光路中物体的空间信息分布。计算“鬼”成像技术是传统“鬼”成像的一种改进方法，它利用空间光调制器实现了对光源的人为控制，将空间光调制器相关信息作为密钥，“鬼”成像技术可以应用于认证中。
　　本文首先模拟了计算“鬼”成像的成像过程，用重建出的物体与原始物体的互信息及非线性相关算法得到的峰-背景比表征成像质量，研究表明采样率至少为100％才能保证较好的成像质量。在身份认证过程中，目的不是提取高保真度物体的像，因此采样率比成像低。接着主要给出了两种基于这种计算“鬼”成像技术的认证协议。第一种认证协议利用空间光调制器得到的N个随机相位掩膜作为密钥对原始物体加密，并用非线性相关算法对解密出的物体进行认证。同时设计了一种基于这种认证协议的多用户身份认证系统，通过仿真，研究发现进行身份认证所需采样率较低（本文研究的情况为4.88%），对应的非线性相关映射分布的峰-背景比的阈值也较低（本文研究的情况为8）。第二种认证协议采用一种多密钥的机制，它与普通计算“鬼”成像的实现原理有些不同，即在空间光调制器和原始物体之间设置了多种不同的距离，并将这种距离作为另一种密钥。在认证阶段，使用与上一种认证方式相同的非线性相关算法。通过仿真实现了这种认证协议，结果表明，由于在加密阶段的多种密钥机制，使得该认证方式具有更高的安全性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 本文研究内容及论文结构

第二章 传统加密认证方式及“鬼”成像技术

2.1 传统身份认证技术分析

2.2 传统的加密算法

2.3 “鬼”成像技术

2.4 本章小结

第三章 采样率对计算“鬼”成像的成像质量影响

3.1 计算“鬼”成像的仿真实现

3.2 计算“鬼”成像的结果分析

3.3 本章小结

第四章 基于峰-背景比的计算“鬼”成像多用户身份认证

4.1 基于计算“鬼”成像技术的认证协议

4.2 基于计算“鬼”成像技术的认证系统

4.3 本章小结

第五章 基于计算“鬼”成像的多种密钥认证协议

5.1 基于相位恢复算法的加密系统及GS算法概述

5.2 多种密钥的认证协议介绍及其光学实现过程

5.3 仿真实现及数值分析

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢