数字全息在信息安全中的应用

陈亮+莫秋燕+黄意+陈文经

摘 要：基于全息技术的信息安全技术是近几年起步的新一代信息安全理论和技术，本文旨在通过控制全息图的衍射距离实现对信息的加密和解密，使学生对数字全息在信息安全中的应用有初步的了解。

关键词：全息 数字全息 信息安全

中图分类号：TN26 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2017）09-000-01

隨着信息和网络的快速发展，信息安全问题得到新闻媒体的普遍关注。信息的泄露，不仅会给个人和社会带来巨大的经济损失，而且危及到了个人隐私，甚至是国家机密。因此如何对信息进行可靠的加密是当前研究的一个热门课题。而利用光学理论、方法及技术对数据进行加密是近些年发展起来的新一代信息安全理论与技术。信息加密技术按照所采用技术的不同主要可分为计算机加密、量子加密和光学加密等[1]。相比之下，在面对大量的、复杂的数据信息时，光学技术固有的数据并行处理能力占有明显优势，且所处理的信息量越大，这种优势越明显。在对数据进行加密的过程中，依据光的干涉、衍射等原理，可通过改变光的波长、相位、频率等多种参数，对数据进行多维编码。与传统的信息加密技术相比，基于光学技术的信息加密技术具有多维度、并行性、难以破解等优势[3]。

一、原理

利用光的干涉原理，将物体的波前信息以干涉条纹的形式记录下来，并利用衍射使其在一定条件下再现，即可形成原物体的三维像，由于记录了物体全部的信息（振幅和位相），因此称为全息术[4]。目前全息技术被广泛应用于存储、艺术、三维显示等多种领域。根据记录介质的不同，全息术大致可分为光学全息、计算全息和数字全息。

数字全息是利用CCD等光电器件代替传统的干板记录全息图，通过计算机实现待测物体的全息再现和处理，是现代信息技术背景下，将计算机技术引入光学全息后的产物，比光学全息更具灵活性，且便于进行定量分析和传输。

利用数字全息的记录和再现的原理，将物体波前信息作为明文，则全息图即为密文，根据光学衍射传播原理，加密和解密的算法为菲涅尔衍射算法，在衍射过程中的波长、再现距离均可作为密钥。加密时，通过计算机计算物体的波前函数，并生成计算全息图；解密时，将生成的全息图输入空间光调制器中，用特定的波长沿着特定的光路，即可在唯一的衍射距离处得到相应物体的明文信息。

二、实验内容及结论

本实验采用北京杏林睿光科技有限公司生产的RL-E-15030-RLE-CH01型数字全息与信息安全综合实验设备。实验通过建立层析的理想三维物体模型，制作菲涅尔全息图，并对其进行数字再现。实验采用He-Ne激光器作为光源，所用空间光调制器为反射式液晶光阀。

实验过程中首先依次读入3幅标有不同汉字的图（图1），并设置相应的记录距离，利用系统软件生成全息图。

再现时只需输入再现距离即可直接输出仿真再现图（图2）。

将全息图输入到SLM中，沿着CCD和SLM的轴线方向移动CCD的位置，就能在不同的位置获得不同图像的再现像（图3）。

由仿真再现图和光学再现图均可以看出，对于某一幅图的再现图，只有当再现距离等于记录距离时，物体才最清晰，否则只能得到模糊的再现像，因此利用衍射距离作为密钥可以对信息进行加密。

结语

当前，在信息和网络迅猛发展的情况下，信息的存储、传输和处理的要求与日俱增，信息安全问题的研究是十分有意义的。光学信息处理具有处理速度快、信息容量大、能够实现快速卷积、密钥空间大，较高的并行处理能力等得天独厚的优势，光学信息处理在加密与信息隐藏中的研究必有很大潜力。

参考文献

[1]刘健.计算全息加密技术的研究[D].浙江：浙江师范大学，2013.

[2]吴克难，胡家升，乌旭.信息安全中的光学加密技术[J].激光与光电子学进展，2008，45（7）：30-38.

[3]梁丹华，孙华燕.光学全息的现状与发展趋势[J].装备制造技术，2017，1：21-22.endprint