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申请/专利权人：湖南科技大学

摘要：本发明公开一种基于快速傅里叶对称性融合的光学双图像混合加密方法，包括以下步骤：（1）双图像傅里叶变换及对称性融合；（2）位级压缩；（3）对称性加密算法。本发明在加密方案中结合傅里叶对称性融合引入了复杂性和适应性，使攻击者更难破译加密数据，对频域内的实部和虚部图像分别进行加密，这种加密模式大大提高了算法的整体安全性。并将光学图像加密和数字图像加密相结合，提出了一种创新的组成式光学双图像加密方案。

主权项：1.一种基于快速傅里叶对称性融合的光学双图像混合加密方法，其特征在于：包括以下实施步骤：步骤1：分别对两张大小为的明文图像进行二维快速傅里叶变换： ，其中，，，；并使用函数abs和angle得到两张图像的频谱图和相位图： ；步骤2：对称性融合，将得到的频谱图和相位图进行对称性融合，由于傅里叶变换的特性，经研究发现，经傅里叶变换后的图片的频谱图和相位图是共轭对称的，因此可以保留频谱图和相位图的一半，并和另一张图片的频谱图和相位图进行融合，得到融合频谱图和融合相位图；步骤3：对融合后的频谱图和相位图进行二维快速傅里叶逆变换，通过如下公式将和转为空域图像，得到载密融合图像： ，其中表示，表示当前行数；由于二维快速傅里叶变换的特性，融合后的像素值为复数形式，为了加强安全系数以及后续一系列操作，将的实部和虚部分离，形成融合实部图和融合虚部图： ；步骤4：对融合实部图和融合虚部图进行位级压缩，和此时为复数像素，为了适应位级加密操作并减少数据丢失，设计了一种位级压缩算法，经位级压缩后得到和，其像素范围在0~255之间;步骤5：输入密钥，并将密钥进行密钥扩展，得到44列密钥，将128位轮密钥同和分割的矩阵和的数据进行逐位操作;步骤6：后进行9轮相同的操作，依次为：S盒代换、行移位、列混合和轮密钥加;S盒代换定义一个，是通过区域求有限域内各元素的乘法逆元和仿射变换得到的16*16的矩阵，将被代替的字节按照高4位做x坐标，低4位做y坐标在中找到替换的字节表示;接下来进行行移位操作，行移位操作为左循环移位，当密钥长度为128比特时，状态矩阵的第0行左移0字节，第1行左移1字节，第2行左移2字节，第3行左移3字节;随后进行列混合操作，经行移位后的状态矩阵与固定的矩阵乘，得到混淆后的状态矩阵，列混合操作结束后，继续进行步骤5的轮密钥加操作，以上操作重复进行9轮后进行后续操作;步骤7：进行第10轮操作：S盒代换、行移位、轮密钥加，第10轮与前九轮一样，但不进行列混合操作，因为列混合操作通过乘以一个特定的矩阵来混淆列，以增加算法的安全性和抵抗线性密码分析的能力，但在最后一轮，后续的轮密钥加操作不会再进行，因此可省略列混合操作，即简化了算法的实现，减少了算法的计算开销，同时保持了足够的安全性;最后得到加密实部图像和加密虚部图像;步骤8：解密过程为加密过程的逆，首先将加密图像实部和加密图像虚部进行轮密钥加、逆列混合、逆行移位和逆S盒代换的十轮操作解密，得到和，然后对和进行位级扩展和对称性分解以及相应的傅里叶变换解密得到解密图像。

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