High performance compact optical cryptosystem without reference arm

Abstract

We present a new compact scheme to ensure high performance optical encryption. In this scheme, the encrypted data and the security key are recorded without need for a reference arm, resulting in a significant decrease in the size and complexity of the cryptosystem. The efficacy of the compact scheme to protect data is verified by encrypting and decrypting different inputs. We also test the resistance to both random noise and data loss. Additionally, the potential of the system is evaluated by encoding the data to be encrypted by means of a customized data container. In this way, we achieve a data volume reduction of 97% for the encrypted data while allowing for noise-free information recovery using the proposed cryptosystem. We experimentally demonstrate both encryption and volume reduction, confirming the validity and applicability of our proposal.

Convolution, Correlation and Generalized Shift Operations Based on the Fresnel Transform

“…Later, the optical DRPE was extended from the FD to the FrD [ 12 ], the fractional Fourier domain [ 13 ] and the Collins domain [ 14 ] in order to improve the security of the encryption system. The DRPE can also be optically implemented with a nonlinear joint transform correlator (JTC) architecture in different optical processing domains (such as FD and FrD) with the purpose of increasing the quality of the decrypted image and obtaining better security over the encrypted image and practical setups with no hard alignment requirements [ 3 , 4 , 5 , 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20 ].…”

Encriptación de información mediante procesamiento óptico

“…Los resultados computaciones y experimentales mostraron que un CCOS permite un gran aumento en la tolerancia al ruido en comparación con un código QR, a la vez que su encriptación satisfactoria requiere de menos espacio en el plano de entrada, aumentando la cantidad de información que puede ser procesada simultáneamente (Jaramillo-Osorio, et al, 2020a;Velez-Zea, et al, 2016b). Estas contribuciones demuestran que diseñar contenedores específicamente para las características del sistema óptico ayuda a superar algunas de las limitaciones causadas por el ruido.…”

“…En el plano de salida se registra la intensidad de la transformada de Fourier conjunta de las funciones que forman el plano de entrada y, a partir de esa intensidad, se obtiene el dato encriptado. Esto implica que el sistema JTC es más compacto, pues requiere solo de una lente, lo que reduce algunas de las exigencias del sistema 4f, característica que ha llevado a que se haya estudiado y desarrollado notablemente (Jaramillo, et al, 2018;Jaramillo, et al, 2020a;Rueda, et al, 2009a;Rueda, et al, 2009b;Vilardy, et al, 2017).…”

“…El sistema compacto de protección de datos utiliza una arquitectura de encriptación de correlador de transformada conjunta en el dominio de Fresnel (Jaramillo-Osorio, et al, 2020a;Jaramillo-Osorio, et al, 2020b). En esta arquitectura, la información que se va a proteger y la ventana de la llave se proyectan en un MEL y se ponen en contacto con un difusor (Figura 2 a, b).…”

“…A pesar de dichas comprobaciones, se ha demostrado que bajo ciertas condiciones estos sistemas son vulnerables (Barrera-Ramírez, et al, 2010a;Barrera-Ramírez, et al, 2010b;Peng, et al, 2006). Por su parte, los procesadores ópticos experimentales que tienen como llave de seguridad un elemento físico y aleatorio tienen un alto grado de seguridad (Barrera-Ramírez, et al, 2006a;Barrera-Ramírez, et al, 2006b;Barrera-Ramírez, et al, 2006c;Jaramillo, et al, 2020a;Unnikrishnan, et al, 1998;Velez-Zea, 2016a). Su gran confiabilidad se debe, principalmente, a que las propiedades físicas de la llave la hacen única y los grados de libertad del sistema permiten aumentar su seguridad.…”