위상 변조 Exclusive-OR 연산을 이용한 광학적 암호화 방법

신창목,서동환,김수중 한국광학회 2003 한국광학회지 Vol.14 No.6

In this paper, we have proposed a full phase encryption scheme based on phase-encoded XOR operation. The proposed scheme encrypts a gray-level image by slicing an original image and combining with XORed images which resulted from phase-encoded XOR operations between sliced images and phase-encoded binary random images. Then we produce an encrypted image by combining only XORed images and a key image by only phase-encoded binary random images. The encrypted image and key image are converted into encrypted data and key data by a phase-encoding method. The merits are that the proposed encryption scheme can basically fulfill a high-level encryption using a full phase encryption scheme which has nonlinear and invisible characteristics. The scheme also improves security by encrypting the phase information before full phase encryption. The decryption system based on the principle of interference between a reference wave and a direct pixel-to-pixel mapping image of encrypted data with key data can be simply implemented using a phase-visualization system. Simulation results indicate that our proposed encryption scheme is effective and simple for a gray-scale image and optical decryption system. 본 논문에서는 XOR 연산을 위상 변조하여 만든 위상 변조 XOR(phase-encoded exclusive-OR) 연산이라는 개념을 기본으로 그레이 영상을 암호화 한 새로운 광 암호화 방법을 제안하였다 그레이 원 영상을 이진 영상들의 합으로 분리한 후 각각의 이진 영상들을 이진 무작위 영상들과 위상변조 XOR 연산 방법을 이용해 암호화하고, 이를 위상 변조하여 암호화된 데이터를 만들었다. 그리고 복호화에 필요한 키 데이터는 암호화 시 사용한 무작위 이진 영상들로 만든 무작위 그레이 영상을 위상 변조하여 구하였다 암호화된 데이터는 위상 변조로 인한 비선형성과 비가시적 특성을 가지므로 기본적으로 높은 정보보호의 특성이 있으나, 여기에 위상정보 자체를 암호화함으로써 보다 높은 수준의 정보 보호를 가능하게 하였다. 또한, 복호화 과정은 암호화 데이터와 키 데이터의 단순 곱과 기준파와 간섭을 이용하므로, 원 영상 복원 시 간단한 위상 시각화 시스템(phase-visualization system)으로 구현할 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 제안한 방법의 구현 가능성과 타당성을 확인하였다.

가상 위상 영상을 이용한 광학적 암호화 시스템

서동환,신창목,김수중,배장근,김철수,도양회 한국광학회 2003 한국광학회지 Vol.14 No.3

본 논문에서는 위상 변조된 가상 영상과 간섭의 원리를 이용하여 영상의 암호화 및 복호화 수준을 향상시키는 방법을 제안하였다. 원 영상은 그레이 값을 가지는 가상 영상과 무작위 암호화 키, 그리고 복호화 키를 위상 변조하여 이들을 간섭계의 한 쪽 경로에 둠으로써 기준파와의 간섭에 의해서 간단히 복원될 수 있다. 제안한 암호화 과정은 원 영상의 어떤 정보도 포함하지 않은 위상 변조된 가상영상과 컴퓨터를 통해서 만들어진 무작위 영상(암호화 키)을 곱함으로써 암호화한다. 그러므로 허가되지 않은 사람들이 암호화키를 분석함으로써 있을 수 있는 복제 가능성을 배제하였다. 또한 그레이 영상을 암호화함으로써 이진 위상 암호화방법에 비해 암호화 수준이 높은 장점을 가진다. 컴퓨터 시뮬레이션과 광 실험을 통하여 제안한 방법이 광 암호화 시스템에 적합함을 확인하였다. In this paper, we propose an improved image encryption and decryption method using a phase-encoded virtual image and interference. An original image is simply decrypted by interfering a reference wave with the wave passing through a decrypting key and the encrypted image, where every image has grey level. The proposed encryption is performed by the multiplication of an encrypting key and a phase-encoded virtual image which dose not contain any information for the original image. Therefore even if unauthorized people analyze the encrypted image, they cannot reconstruct the original image. Also grey image encryption can improve the encryption level compared to binary image encryption. Computer simulation and optical experiments confirmed that the proposed technique is a simple for optical encryption.

CFB 모드에 기반한 2 차원 페이지 데이터의 광학적 암호화 응용

길상근,Gil, Sang-Keun 한국전기전자학회 2015 전기전자학회논문지 Vol.19 No.3

본 논문은 CFB(Cipher Feedback) 모드에 기반한 2 차원 페이지 데이터의 광학적 암호화 응용 시스템을 제안한다. 광학적으로 구현된 CFB 암호화 시스템은 2 차원 페이지 데이터 암호화를 위해 자유공간 광 연결 이중 인코딩 기법을 이용한다. 또한, 제안된 방법은 기존의 1 차원 암호화키를 처리하는 CFB 방식보다 2 차원 페이지 단위로 배열된 매우 큰 암호화키를 제공하기 때문에 암호강도가 한층 더 강화된 암호화 시스템을 구현한다. 제안한 CFB 알고리즘의 성능을 검증하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 2 차원 페이지 데이터의 암호화 및 복호화 과정을 보여주고 오차 분석을 수행하였다. 시뮬레이션 결과, 제안한 CFB 방식은 기존의 1 차원 블록 방식보다 데이터 처리용량과 긴 암호화키를 가지는 강력한 광학적 페이지 암호화 시스템을 가능하게 한다. This paper proposes an optical cryptography application to 2-D page-oriented data based on CFB(Cipher Feedback) mode algorithm. The proposed method uses a free-space optical interconnected dual-encoding technique which performs XOR logic operations in order to implement 2-D page-oriented data encryption. The proposed method provides more enhanced cryptosystem with greater security strength than the conventional CFB block mode with 1-D encryption key due to the huge encryption key with 2-D arrayed page type. To verify the proposed method, encryption and decryption of 2-D page data and error analysis are carried out by computer simulations. The results show that the proposed CFB optical encryption system makes it possible to implement stronger cryptosystem with massive data processing and long encryption key compared to 1-D block method.

Three-Dimensional Optical Encryption of Quick Response Code

Kim, Youngjun,Yun, Hui,Cho, Myungjin The Korea Institute of Information and Commucation 2018 Journal of information and communication convergen Vol.16 No.3

In this paper, we present a three-dimensional (3D) optical encryption technique for quick response (QR) code using computational synthesized integral imaging, computational volumetric reconstruction, and double random phase encryption. Two-dimensional (2D) QR code has many advantages, such as enormous storage capacity and high reading speed. However, it does not protect primary information. Therefore, we present 3D optical encryption of QR code using double random phase encryption (DRPE) and an integral imaging technique for security enhancement. We divide 2D QR code into four parts with different depths. Then, 2D elemental images for each part of 2D QR code are generated by computer synthesized integral imaging. Generated 2D elemental images are encrypted using DRPE, and our method increases the level of security. To validate our method, we report simulations of 3D optical encryption of QR code. In addition, we calculated the peak side-lobe ratio (PSR) for performance evaluation.

2-단계 위상 천이 디지털 홀로그래피를 이용한 이진 정보 광 암호화 기법

변현중,길상근,Byun, Hyun-Joong,Gil, Sang-Keun 한국광학회 2006 한국광학회지 Vol.17 No.5

보안 시스템에서 2-단계 위상 천이 홀로그래피를 이용하여 이진 정보 광 암호화 기법을 제안하였다. 위상 천이 디지털 간섭계는 CCD 카메라를 이용하여 위상과 크기 정보를 기록할 수 있는 기법이다. 2-단계 위상 천이는 0과 ${\pi}/2$의 위상 천이 각을 갖도록 PZT 거울을 움직여서 구현하였다. 이진 정보와 암호키는 랜덤 코드와 랜덤 위상으로 표현하였고, 디지털 홀로그램은 푸리에변환 홀로그램으로 간섭무늬는 CCD를 이용하여 256 레벨의 양자화 된 광세기로 획득되었다. 데이터 복원 시 DC 성분 제거 방법을 사용하였다. 컴퓨터 모의실험을 통하여 데이터 복원과 양자화 과정에서의 양자화 레벨 변화량과 디지털 홀로그램 간섭무늬의 오차 픽셀수에 따른 오차 분석을 수행하였다. 이 결과를 이용하여 정보의 광학적 암호화에 적용이 가능함을 확인하였다. We propose an optical encryption/decryption technique for a security system based on 2-step phase-shifting digital holography. Phase-shilling digital holography is used for recording phase and amplitude information on a CCD device. 2-step phase-shifting is implemented by moving the PZT mirror with phase step of 0 or ${\pi}/2$. The binary data and the key are expressed with random code and random phase patterns. The digital hologram is a Fourier transform hologram and is recorded on CCD with 256 gray level quantization. We remove the DC term of the digital hologram fur data reconstruction, which is essential to reconstruct the original binary input data/image. The error evaluation fer the decrypted binary data is analyzed. One of errors is a quantization error in detecting the hologram intensity on CCD, and the other is generated from decrypting the data with the incorrect key. The technique using 2-step phase-shifting holography is more efficient than a 4-step method because 2-step phase-shifting holography system uses less data than the 4-step method for data storage or transmission. The simulation shows that the proposed technique gives good results fur the optical encryption of binary information.

Optical Encryption of a Binary Image by Phase Modulation of the Wavefront

송재훈,문인규,이연호 한국광학회 2016 Current Optics and Photonics Vol.20 No.3

We present a new scheme for optical encryption of a binary image. In our method, the original binarydata page is first divided into two identical pages. In each data page, the “on” and “off” pixels arerepresented by two discrete phases that are 90° apart. The first page corresponds to the phase conjugationof the second page, and vice versa. In addition, the wavefront of the two data pages is changedsimultaneously from planar to spherical, for better encryption. The wavefront modification is representedby an extra phase shift, which is a function of position on the wavefront. In this way the two separatepages are both encrypted, and therefore the pages cannot be distinguished in a CCD. If the first pageis used as an encrypted data page, then the second page is used as the decryption key, and vice versa. The decryption can be done by simply combining the two encrypted data pages. It is shown in ourexperiment that encryption and decryption can be fully accomplished in the optical domain.

개인신원정보 보호를 위한 광 보호 시스템

윤종수,도양회 한국광학회 2003 한국광학회지 Vol.14 No.4

개인의 신원정보 보호를 위하여 새로운 광 정보보호 시스템을 제안하였다. 개인 신원정보의 확인과 인증을 위하여 얼굴영상과 개인식별번호로 구성된 신원정보를 사용하였다. 영상 암호화는 4-f 광상관기의 입력과 푸리에영역에서 랜덤위상패턴을 사용하는 위상암호화 기술을 사용하였다. 그렇지만 암호화된 영상을 복원하는 과정에서 개인의 신원정보가 유출될 가능성이 있다. 이에 대처하기 위하여 신원확인 과정에서 영상을 복원하지 않고 암호화된 영상을 그대로 사용하였다. 암호화된 개인식별번호는 제안된 MMACE_p 필터를 사용하여 분류ㆍ인식하였고, 개인정보의 인증은 OWMF를 사용하여 얼굴영상의 상관치를 구하여 확인하였다. 제안된 MMACE_p 필터는 10개의 암호화된 숫자를 한꺼번에 인식할 수 있도록 4개의 MACE_p필터를 다중화하여 합성하였고, OWMF는 얼굴영상의 분리인식 능력과 SNR을 향상시킬 수 있도록 하였다. 컴퓨터 시뮤레이션을 통하여 제안된 정보보호기술이 개인신원정보 보호에 적용될 수 있음을 보였다. A new optical security system for the protection of personal identification information is proposed. Personal identification information consisting of a pure face image and an identification number is used for verification and authentication. Image encryption is performed by a fully phase image encryption technique with two random phase masks located in the input and the Fourier plane of 4-f correlator. The personal information, however, can be leaked out in the decryption process. To cope with this possibility, the encrypted image itself is used in the identification process. An encrypted personal identification number is discriminated and recognized by using the proposed MMACE_p (multiplexed MACE_p) filter, and then authenticity of the personal information is verified by correlation of the face image using the optical wavelet matched filter (OWMF). MMACE_p filter is a synthetic filter with four MACE_p (minimum average correlation energy_phase encrypted) filters multiplexed in one filter plane to recognize 10 different encrypted-numbers at a time. OWMF can improve discrimination capability and SNR (signal to noise ratio). Computer simulations confirmed that the proposed security technique can be applied to the protection of personal identification information.

2-step Quadrature Phase-shifting Digital Holographic Optical Encryption using Orthogonal Polarization and Error Analysis

길상근 한국광학회 2012 Current Optics and Photonics Vol.16 No.4

In this paper, a new 2-step quadrature phase-shifting digital holographic optical encryption method using orthogonal polarization is proposed and tolerance errors for this method are analyzed. Unlike the conventional technique using a PZT mirror, the proposed optical setup comprises two input and output polarizers, and one λ/4-plate retarder. This method makes it easier to get a phase shift of π/2 without using a mechanically driven PZT device for phase-shifting and it simplifies the 2-step phase-shifting Mach-Zehnder interferometer setup for optical encryption. The decryption performance and tolerance error analysis for the proposed method are presented. Computer experiments show that the proposed method is an alternate candidate for 2-step quadrature phase-shifting digital holographic optical encryption applications.

Double Random Phase Encryption Based Orthogonal Encoding Technique for Color Images

이인호,조명진 한국광학회 2014 Current Optics and Photonics Vol.18 No.2

In this paper, we propose a simple Double random phase encryption (DRPE) -based orthogonal encoding technique for color image encryption. In the proposed orthogonal encoding technique, a color image is decomposed into red, green, and blue components before encryption, and the three components are independently encrypted with DRPE using the same key in order to decrease the complexity of encryption and decryption. Then, the encrypted data are encoded with a Hadamard matrix that has the orthogonal property. The purpose of the proposed orthogonal encoding technique is to improve the security of DRPE using the same key at the cost of a little complexity. The proposed orthogonal encoder consists of simple linear operations, so that it is easy to implement. We also provide the simulation results in order to show the effects of the proposed orthogonal encoding technique.

A Virtual Optical Encryption System Based on Polarization Optics

Kang-Ning Wu,Yu-Xiang Zheng,Dong-Xu Zhang,Yu-Hui Tao,Rong-Jun Zhang,Liang-Yao Chen 한국물리학회 2012 THE JOURNAL OF THE KOREAN PHYSICAL SOCIETY Vol.60 No.8

In this paper, an encryption system is proposed based on polarization optics. A modulated image at reference plane was obtained by using a virtual magneto-optical modulator, and the field from the reference plane interfered with that from the information plane having the original image to form an encrypted image. This system not only has the advantages of multiple freedom degrees, high security strength and data manipulation in high-dimension as the traditional optical information processing system but also possesses the advantages of data processing flexibility in the computer information process. Numerical experiments prove that images encrypted by using this system have a high level of security, so it is hard for attackers to analyze the original images.