Optical security scheme using phase-encoded XOR operations

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. 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.