[发明专利]基于生物密钥的医学图像加密和解密方法

说明书

本发明提出一种基于生物密钥的医学图像加密方法。该方法将螺旋相位变换SPT和虹膜相结合产生生物密钥，并结合角谱衍射‑双相位法编码，创建了一个简单高效的加密系统，解决了传统医学图像的加密安全性、加密速度和解密质量的问题。该方法可以有效抵抗噪声和多种特殊攻击。

一、技术领域

本发明涉及一种信息安全和信息光学技术领域，特别是医学图像加密方法。

二、背景技术

随着信息时代的到来，对信息安全的需求正在逐渐增加，光学技术已经广泛运用到各个安全领域。光学系统具有并行处理、自由度高、不易复制等优点，使得用于安全数据传输的光学系统得到了广泛的研究。1995年美国的B.Javidi首次提出了基于4-f系统的双随机相位编码技术(DRPE)成为广泛采用的光学加密技术。由于DRPE固有的线性性质和对称性，使其安全性不高且不抗特殊攻击，因此非对称加密应运而生。LUDP分解构成的非对称加密系统具有很高的安全性能，螺旋相位变换中的奇异点使得加密系统能更好的对抗多种攻击，角谱衍射-双相位法编码生成纯相位全息图的方法具有计算速度快、重建质量高的优点而备有关注。由于虹膜生成的生物密钥具有极大有优势，采用这些技术来解决的医学图像加密的安全性问题，在光学图像加密领域仍有极大的潜力和优势。

三、发明内容

本发明针对上述传统医学图像加密技术产生的安全性不高、加密速度慢和解密质量差等问题，提出一种基于生物密钥的医学图像加密和解密方法。该方法将螺旋相位变换SPT和虹膜相结合产生生物密钥，并结合角谱衍射-双相位法编码，创建了一个简单高效的加密系统，解决了传统医学图像的加密安全性、加密速度和解密质量的问题。该方法可以有效抵抗噪声和多种特殊攻击。该方法包括加密和解密两个过程。

所述的加密过程具体描述为：

步骤一，将待加密的医学图像Im，经过角谱衍射-双相位法编码为纯相位计算全息图Hp，其结果为Hp＝AS-DM(Im)，其中，AS-DM为角谱衍射-双相位法编码的过程；

步骤二，利用虹膜图像Ik产生2个生物密钥SPM1和SPM2，具体方法为对虹膜图像做随机相位调制，再对其结果进行螺旋相位变换，然后做振幅截断，得到生物密钥SPM1＝AT{SPT[Ik×exp(jθ1)]}，其中，SPT{}表示螺旋相位变换，AT{}表示振幅截断，θ1是范围在[0,2π)的随机相位,j为虚数单位，采用同样的方法得到生物密钥SPM2，即SPM2＝AT{SPT[Ik×exp(jθ2)]}，其中，θ2是范围在[0,2π)的随机相位；

步骤三，采用生物密钥SPM1对得到纯相位计算全息图Hp进行相位调制，并对调制的结果进行LUDP分解得到L、U和P分量，其过程表示为：[L,U,P]＝LUDP[Hp×SPM1]；

步骤四，采用生物密钥SPM2对L和U分量相乘的结果分量，记为LU分量，进行相位调制，并对调制后的结果进行螺旋相位变换得到加密的密文C＝SPT[(LU)×SPM2]；

步骤五，对P分量做矩阵逆运算，得到私钥PK＝{P}^-1,其中{}^-1表示矩阵逆运算；

所述的解密过程具体描述为：步骤一，对密文做螺旋相位变换的逆变换，并采用SPM2的共轭做随机相位调制得到LU＝ISPT{C}×conj(SPM2)，其中ISPT{}表示螺旋相位变换的逆变换，conj()表示取共轭操作；

步骤二，对得到LU分量与私钥PK相乘,得到的结果再被SPM1的共轭进行相位调制，得到恢复的纯相位计算全息图Hp＝(LU×PK)×conj(SPM1)；

步骤三，对纯相位计算全息图进行全息再现，得到解密的医学图像明文Im＝AS{Hp},其中，AS{}是角谱衍射过程。

该方法的有益效果在于：结构简单，速度快，安全性强；解密时的全息重建质量高；且由于加密系统的非对称性，具有良好的抗攻击能力。

四、附图的说明