Li, Jun;Pan, Yang Yang;Li, Jiao sheng;Li, Rong;Zheng, Tao
Journal of the Optical Society of Korea
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v.18
no.3
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pp.230-235
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2014
Two-step quadrature phase-shifting digital holography based on the calculated intensity of a reference wave is proposed. In the Mach-Zehnder interferometer (MZI) architecture, the method only records two quadrature-phase holograms, without reference-wave intensity or object-wave intensity measurement, to perform object recoding and reconstruction. When the reference-wave intensity is calculated from the 2D correlation coefficient (CC) method that we presented, the clear reconstruction image can be obtained by some specific algorithm. Its feasibility and validity were verified by a series of experiments with 2D objects and 3D objects. The presented method will be widely used in real-time or dynamic digital holography applications.
In this paper, double encryption technique of binary image using random phase mask and 2-step phase-shifting digital holography is proposed. After phase modulating of binary image, firstly, random phase mask to be used as key image is generated through the XOR operation with the binary phase image. And the first encrypted image is encrypted again through the fresnel transform and 2-step phase-shifting digital holography. In the decryption, simple arithmetic operation and inverse Fresnel transform are used to get the first decryption image, and second decryption image is generated through XOR operation between first decryption image and key image. Finally, the original binary image is recovered through phase modulation.
In this paper, we implemented a hierarchical encryption system using two-step phase-shifting digital holography(PSDH) technology based on XOR and scramble operations. The proposed encryption system is a system that authenticates access through the issuance of an encryption key for access to individual laboratories, department offices, and universities. In the encryption process, we proposed a double encryption method using XOR and scramble operation with digital technology and two-step phase-shifting digital holography with optical technology. In the two-step PSDH process, an new method of determining the reference wave intensity without measuring it by using random common object image gererated from digital encryption process was also proposed. In the decryption process, the process is performed in the reverse order of encryption process. And only when the various key information used in the encryption process is correct, the encrypted information can be decrypted, so that the user can access the desired place. That is, there is a feature that can hierarchically control the space that can be accessed according to the type of key issued in the proposed encryption system. Through the computer simulation, the feasibility of the proposed hierarchical encryption system was confirmed.
A new secret-key-sharing cryptosystem using optical phase-shifting digital holography is proposed. The proposed secret-key-sharing algorithm is based on the Diffie-Hellman key-exchange protocol, which is modified to an optical cipher system implemented by a two-step quadrature phase-shifting digital holographic encryption method using orthogonal polarization. Two unknown users' private keys are encrypted by two-step phase-shifting digital holography and are changed into three digital-hologram ciphers, which are stored by computer and are opened to a public communication network for secret-key-sharing. Two-step phase-shifting digital holograms are acquired by applying a phase step of 0 or ${\pi}/2$ in the reference beam's path. The encrypted digital hologram in the optical setup is a Fourier-transform hologram, and is recorded on CCDs with 256 quantized gray-level intensities. The digital hologram shows an analog-type noise-like randomized cipher with a two-dimensional array, which has a stronger security level than conventional electronic cryptography, due to the complexity of optical encryption, and protects against the possibility of a replay attack. Decryption with three encrypted digital holograms generates the same shared secret key for each user. Schematically, the proposed optical configuration has the advantage of producing a kind of double-key encryption, which can enhance security strength compared to the conventional Diffie-Hellman key-exchange protocol. Another advantage of the proposed secret-key-sharing cryptosystem is that it is free to change each user's private key in generating the public keys at any time. The proposed method is very effective cryptography when applied to a secret-key-exchange cryptosystem with high security strength.
In this paper, we propose a new dual optical encryption method for binary data and secret key based on 2-step phase-shifting digital holography for a cryptographic system. Schematically, the proposed optical setup contains two Mach-Zehnder type interferometers. The inner interferometer is used for encrypting the secret key with the common key, while the outer interferometer is used for encrypting the binary data with the same secret key. 2-step phase-shifting digital holograms, which result in the encrypted data, are acquired by moving the PZT mirror with phase step of 0 or ${\pi}/2$ in the reference beam path of the Mach-Zehnder type interferometer. The digital hologram with the encrypted information is a Fourier transform hologram and is recorded on CCD with 256 gray level quantized intensities. Computer experiments show the results to be encryption and decryption carried out with the proposed method. The decryption of binary secret key image and data image is performed successfully.
A new optical one-time password (OTP) authentication method using digital holography is proposed, which enhances security strength in the authentication system. A challenge-response optical OTP algorithm based on two-factor authentication is presented using two-step phase-shifting digital holography, and two-way authentication is also performed using challenge-response handshake in both directions. Identification (ID), password (PW), and OTP are encrypted with a shared key by applying phase-shifting digital holography, and these encrypted pieces of information are verified by each party by means of the shared key. The encrypted digital holograms are obtained by Fourier-transform holography and are recorded on a CCD with 256 quantized gray-level intensities. Because the intensity pattern of such an encrypted digital hologram is distributed randomly, it guards against a replay attack and results in higher security level. The proposed method has advantages, in that it does not require a time-synchronized OTP, and can be applied to various authentication applications. Computer experiments show that the proposed method is feasible for high-security OTP authentication.
A new two step on-axis digital holography (DH) is proposed without any assumptions, phase shifting, or complicated optical components. A dual-channel Mach-Zehnder interferometer was employed. Using that setup, the object field can be reconstructed requiring only two step measurements. To eliminate position difference between two charge-coupled device (CCD) cameras, a matched filter algorithm was used. Experimental results are compared to those of the traditional phase shifting technique. The proposed approach can also be applied to single-exposure on-axis DH for real time measurement.
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 ${\lambda}$/4-plate retarder. This method makes it easier to get a phase shift of ${\pi}$/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.
We propose a novel optical encryption scheme for cipher-feedback-block (CFB) mode, capable of encrypting two-dimensional (2D) page data with the use of two-step phase-shifting digital interferometry utilizing orthogonal polarization, in which the CFB algorithm is modified into an optical method to enhance security. The encryption is performed in the Fourier domain to record interferograms on charge-coupled devices (CCD)s with 256 quantized gray levels. A page of plaintext is encrypted into digital interferograms of ciphertexts, which are transmitted over a digital information network and then can be decrypted by digital computation according to the given CFB algorithm. The encryption key used in the decryption procedure and the plaintext are reconstructed by dual phase-shifting interferometry, providing high security in the cryptosystem. Also, each plaintext is sequentially encrypted using different encryption keys. The random-phase mask attached to the plaintext provides resistance against possible attacks. The feasibility and reliability of the proposed CFB method are verified and analyzed with numerical simulations.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.22
no.4
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pp.1-9
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2017
In this Paper, Double Encryption Technology Based on Phase-Shifting Digital Holography and Digital Watermarking is Proposed. For the Purpose, we First Set a Logo Image to be used for Digital Watermark and Design a Binary Phase Computer Generated Hologram for this Logo Image using an Iterative Algorithm. And Random Generated Binary Phase Mask to be set as a Watermark and Key Image is Obtained through XOR Operation between Binary Phase CGH and Random Binary Phase Mask. Object Image is Phase Modulated to be a Constant Amplitude and Multiplied with Binary Phase Mask to Generate Object Wave. This Object Wave can be said to be a First Encrypted Image Having a Pattern Similar to the Noise Including the Watermark Information. Finally, we Interfere the First Encrypted Image with Reference Wave using 2-step PSDH and get a Good Visible Interference Pattern to be Called Second Encrypted Image. The Decryption Process is Proceeded with Fresnel Transform and Inverse Process of First Encryption Process After Appropriate Arithmetic Operation with Two Encrypted Images. The Proposed Encryption and Decryption Process is Confirmed through the Computer Simulations.
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