數字全息在信息安全中的應用

陳亮+莫秋燕+黃意+陳文經

摘 要：基于全息技術的信息安全技術是近幾年起步的新一代信息安全理論和技術，本文旨在通過控制全息圖的衍射距離實現對信息的加密和解密，使學生對數字全息在信息安全中的應用有初步的了解。

關鍵詞：全息 數字全息 信息安全

中圖分類號：TN26 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2017）09-000-01

隨著信息和網絡的快速發展，信息安全問題得到新聞媒體的普遍關注。信息的泄露，不僅會給個人和社會帶來巨大的經濟損失，而且危及到了個人隱私，甚至是國家機密。因此如何對信息進行可靠的加密是當前研究的一個熱門課題。而利用光學理論、方法及技術對數據進行加密是近些年發展起來的新一代信息安全理論與技術。信息加密技術按照所采用技術的不同主要可分為計算機加密、量子加密和光學加密等[1]。相比之下，在面對大量的、復雜的數據信息時，光學技術固有的數據并行處理能力占有明顯優勢，且所處理的信息量越大，這種優勢越明顯。在對數據進行加密的過程中，依據光的干涉、衍射等原理，可通過改變光的波長、相位、頻率等多種參數，對數據進行多維編碼。與傳統的信息加密技術相比，基于光學技術的信息加密技術具有多維度、并行性、難以破解等優勢[3]。

一、原理

利用光的干涉原理，將物體的波前信息以干涉條紋的形式記錄下來，并利用衍射使其在一定條件下再現，即可形成原物體的三維像，由于記錄了物體全部的信息（振幅和位相），因此稱為全息術[4]。目前全息技術被廣泛應用于存儲、藝術、三維顯示等多種領域。根據記錄介質的不同，全息術大致可分為光學全息、計算全息和數字全息。

數字全息是利用CCD等光電器件代替傳統的干板記錄全息圖，通過計算機實現待測物體的全息再現和處理，是現代信息技術背景下，將計算機技術引入光學全息后的產物，比光學全息更具靈活性，且便于進行定量分析和傳輸。

利用數字全息的記錄和再現的原理，將物體波前信息作為明文，則全息圖即為密文，根據光學衍射傳播原理，加密和解密的算法為菲涅爾衍射算法，在衍射過程中的波長、再現距離均可作為密鑰。加密時，通過計算機計算物體的波前函數，并生成計算全息圖；解密時，將生成的全息圖輸入空間光調制器中，用特定的波長沿著特定的光路，即可在唯一的衍射距離處得到相應物體的明文信息。

二、實驗內容及結論

本實驗采用北京杏林睿光科技有限公司生產的RL-E-15030-RLE-CH01型數字全息與信息安全綜合實驗設備。實驗通過建立層析的理想三維物體模型，制作菲涅爾全息圖，并對其進行數字再現。實驗采用He-Ne激光器作為光源，所用空間光調制器為反射式液晶光閥。

實驗過程中首先依次讀入3幅標有不同漢字的圖（圖1），并設置相應的記錄距離，利用系統軟件生成全息圖。

再現時只需輸入再現距離即可直接輸出仿真再現圖（圖2）。

將全息圖輸入到SLM中，沿著CCD和SLM的軸線方向移動CCD的位置，就能在不同的位置獲得不同圖像的再現像（圖3）。

由仿真再現圖和光學再現圖均可以看出，對于某一幅圖的再現圖，只有當再現距離等于記錄距離時，物體才最清晰，否則只能得到模糊的再現像，因此利用衍射距離作為密鑰可以對信息進行加密。

結語

當前，在信息和網絡迅猛發展的情況下，信息的存儲、傳輸和處理的要求與日俱增，信息安全問題的研究是十分有意義的。光學信息處理具有處理速度快、信息容量大、能夠實現快速卷積、密鑰空間大，較高的并行處理能力等得天獨厚的優勢，光學信息處理在加密與信息隱藏中的研究必有很大潛力。

參考文獻

[1]劉健.計算全息加密技術的研究[D].浙江：浙江師范大學，2013.

[2]吳克難，胡家升，烏旭.信息安全中的光學加密技術[J].激光與光電子學進展，2008，45（7）：30-38.

[3]梁丹華，孫華燕.光學全息的現狀與發展趨勢[J].裝備制造技術，2017，1：21-22.endprint