Криптографические свойства голограмм Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 681.783 С.А. Шойдин СГГА, Новосибирск

КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОЛОГРАММ

В докладе анализируются свойства голограмм, позволяющие использовать их как ключ для симметричного кодирования сигнала. Приводятся отдельные примеры применения такого кодирования. Обсуждается проблема создания голографического асимметричного ключа.

S.A. Shoydin

Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)

10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation

CRYPTOGRAPHIC PROPERTIES OF HOLOGRAMS

In the report properties of the holograms are analyzed, allowing to use them as a key for symmetric coding of a signal. Separate examples of application of such coding are resulted. The problem of creation of a holographic disymmetric key is discussed.

Высокая информационная ёмкость голограмм представляет значительный интерес при исследовании информационных световых сигналов и потоков оптической информации [1-4]. Однако, в литературе почти не встречается применение голограмм в современных методах кодирования сигнала. Рассмотрим одну из наиболее распространённых современных систем кодирования - DES. На рис. 1 представлена его общая структура, из которой видно, что суть этого метода (как и множества других) состоит в многократных сдвигах и перестановках позиций того, или иного бита двумерного представления сигнала.

Рис. 1

Подобные сдвиги, или перестановки могут быть реализованы в голографических оптических устройствах, работающих согласно приведённой на рис. 2 схеме.

Дифракционная решётка 1

Дифракционная решетка 2-1

Дифракционная

решётка2-3

Дифракционная решётка 3-1

Дифракционная решётка 3-2

Г 1 Дифракционная Г 1 Дифракционная

решётка 2-2 і решётка 3-3 і л

Рис. 2

Здесь показано только три слоя (1-3), каждый из которых представляет собой набор голографических дифракционных решёток, каждая из которых сдвигает, или переставляет один бит (одну точку двумерного изображения) с произвольной позиции в произвольную в соответствии с ключом перестановки. Набор голограмм может быть многослойным. Технически реализуемо в указанной схеме не только взаимно однозначное соответствие, но и выполнение логических «и», «или», «не». Это уже является не просто кодированием, а

вычислительным процессом. Простота реализации стационарной схемы (с фиксированными дифракционными решётками) и используемой для кодирования контрастирует с большой сложностью реализации динамической структуры, выполняющей произвольно программируемые операции. Это связано с проблемами технической реализации высокоэффективных динамических двумерных дифракционных решёток.

Следует отметить, что большая информационная ёмкость голограмм позволяет за один такт производить кодирование (а в обратном направлении декодирование) больших информационных массивов (6-8). Это напоминает наложение нескольких слоёв матового стекла, разрушающего наше восприятие изображения, но не удаляющего ни одного бита исходного изображения.

Такая аналогия с матовым стеклом подводит нас к пониманию теоретически возможного асимметричного голографического кодирования, когда существует один открытый ключ, известный неопределённому кругу лиц (это одна матовая пластинка, осуществляющая сдвиг фазы е^1) и другой -закрытый ключ (другая матовая пластинка, осуществляющая сдвиг фазы е}Ф2 ), таким образом, при ф1+ф2=const, матовая пластинка перестаёт разрушать изображение, а передаёт его корректно. Распределение ключей в виде матовых, или голографических пластинок производится в соответствии с алгоритмом Диффи - Хеллмана [9].

Такая схема шифрования имеет недостатки в сравнении с электронной в связи с трудностями передачи голографической кодирующей пластинки по электронным каналам связи, однако эта трудность носит не принципиальный, а технический характер, и в случае необходимости может быть решена путём разработки динамических голографических решёток, или фазовых пластин. Преимущества голографического кодирования аналогичны преимуществам, реализующимся в «радужных» голограммах, используемых сегодня для защиты документов и кредитных карточек. Такие «радужные» голограммы могут нести не только воспринимаемую визуально кодовую картинку, но и картинку, содержащую машинно читаемый текст. Причем эту картинку, или машинно читаемый текст сможет увидеть, или прочесть не каждый, а только обладатель закрытого ключа.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шойдин, С.А. Согласованный выбор кода и фазовой маски, повышающих равномерность интерференционной картины Фурье-голограмм / С.А. Шойдин, В.С. Ворожейкин // ЖТФ.-1982.- 52, №10.-С.2022-2026.

2. Шойдин, С. А. Информационная ёмкость голограмм в практических применениях/ С.А. Шойдин//: ГЕО-СИБИРЬ 2006: Сб. материалов междунар. науч. конгр.- Новосибирск: ГОУ ВПО "СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕНАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ", 2006. - С. 52.

3. Шойдин, С.А. Вопросы информационной избыточности сформированных голограммой изображений / С.А. Шойдин//- ГЕО-СИБИРЬ 2006. Сб. материалов междунар. науч. конгр. - Новосибирск: ГОУ ВПО

"СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕНАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ", 2007. -С. 27 .

4. Проблемы информационной избыточности для систем технического зрения/ ГЕО-СИБИРЬ 200. Сб. материалов междунар. науч. конгр. -Новосибирск: СГГА, 2007. - С.26

5. Шойдин, С.А. К вопросу сжатия голографической информации/ С.А.

Шойдин // ГЕО-СИБИРЬ 2006. Сб. материалов междунар. науч. конгр.-

Новосибирск: ГОУ ВПО "СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕНАЯ

ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ", 2009. - С. 54 .

6. Шойдин, С.А. Оптимизация параметров голографического

запоминающего устройства с учетом аберраций./ С. А. Шойдин// Опт. и спектр. - 197S. - Т. 44, - № 3. - С. 1163-1170.

7. А.с. №701350 СССР Шойдин, С.А. Голограммное запоминающее устройство. / С.А. Шойдин. 2468584/18-25; заявл. 01.04.77; зарег. в Гос.реестре 06.0S.79.

S. Шойдин, С.А. Исследование голографического запоминающего

устройства в режиме записи одиночных голограмм./ С. А. Шойдин// ОМП. -19S0. - № 11, С. 3-S.

9. Смарт, Н. Криптография/ Н. Смарт .- М: Техносфера, 2005.- 257 с.

© С.А. Шойдин, 2011