푸리에 영역에서 위상 변조 Exclusive-OR 연산을 이용한 단일 경로 위상 암호화 시스템
Single path phase-only security system using phase-encoded XOR operations in Fourier plane
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초록
본 논문에서는 원 영상을 푸리변환한 후 위상 변조 XOR 연산으로 암호함으로써 정보의 손실에 강하며 한 개의 광 경로만으로 간단히 복호화 할 수 있는 위상 암호화 시스템을 제안하였다. 영 삽입된(zero-padded) 원 영상에 무작위 위상 영상을 곱하여 푸리에 변환된 데이터 값을 키 데이터와 위상 변조 XOR 연산으로 암호화한다. 이렇게 생성된 암호화 데이터와 키 데이터를 최종적으로 위상 변조하여 위상 암호화 영상과 위상 키 영상을 만든다. 위상 변조된 암호화 영상과 키 영상은 비가시성과 비선형성으로 인해 높은 정보보호의 특성이 있으며 또한, 푸리에 영역의 암호화로 인해 절단에 의한 정보의 손실에도 영상을 복호화 할 수 있다. 복호화 과정은 암호화 영상과 키 영상의 단순곱을 푸리에 변환한 후 영차 성분(zero-order component)을 공간 필터링함으로써 간단히 구현할 수 있으며, 복호화 시스템은 2-f 구조의 단일 경로의 구조를 바탕으로 하므로 부피가 상대적으로 작을 뿐만 아니라 외부 충격이나 기온 변화와 같은 환경적인 영향을 받지 않고 복호화를 수행할 수 있다. 제안한 암호화 과정과 복호화 시스템의 구현 가능성 및 타당성을 컴퓨터 모의실험을 통해 확인하였다.
Abstract
Phase-only encryption scheme using exclusive-OR rules in Fourier plane and a single path decryption system are presented. A zero-padded original image, multiplied by a random phase image, is Fourier transformed and its real-valued data is encrypted with key data by using XOR rules. A decryption is simply performed based on 2-f setup with spatial filter by Fourier transform for multiplying phase-only encrypted data by phase-only key data, which are obtained by phase-encoding process, and spatial filtering for zero-order elimination in inverse-Fourier plane. Since the encryption process is peformed in Fourier plane, proposed encryption scheme is more tolerant to loss of key information by scratching or cutting than previous XOR encryption method in space domain. Compare with previous phase-visualization systems, due to the simple architecture without a reference wave, our system is basically robust to mechanical vibrations and fluctuations. Numerical simulations have confirmed the proposed technique as high-level encryption and simple decryption architecture.
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