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光学中的加密与解密艺术(光学加密技术的前景)

发布:2024-06-12 浏览:63

核心提示:光影秘钥作为常见的故事设定,一位英雄经历千难万险,与无数坏人殊死搏斗,为的就是抢夺散落在各个地方的几把钥匙,只有同时集齐它们,才能开启一个神秘的魔盒,获得所需之物:价值连城的珍宝,阻止地球毁灭的密码本,控制全世界的AI源代码……每把钥匙缺一不可,意味着魔盒的打开需要很高的安全权限,这其实在我国古代使用的兵符(或者称为虎符)中就有所体现:兵符由左右两半组成,就如同两把钥匙,分别由君王和军队将领保管,调动军队时,由君主派出的使臣将两半兵符合二为一,命令才能生效,“信陵君窃符救赵”所说的就是这种兵符。而在八零后

光影秘钥作为常见的故事设定,一位英雄经历千难万险,与无数坏人殊死搏斗,为的就是抢夺散落在各个地方的几把钥匙,只有同时集齐它们,才能开启一个神秘的魔盒,获得所需之物:价值连城的珍宝,阻止地球毁灭的密码本,控制全世界的AI源代码……每把钥匙缺一不可,意味着魔盒的打开需要很高的安全权限,这其实在我国古代使用的兵符(或者称为虎符)中就有所体现:兵符由左右两半组成,就如同两把钥匙,分别由君王和军队将领保管,调动军队时,由君主派出的使臣将两半兵符合二为一,命令才能生效,“信陵君窃符救赵”所说的就是这种兵符。
而在八零后怀旧动漫《七龙珠》中,集齐藏在世界各地的七颗龙珠,并念出咒文,可以召唤出神龙,替许愿人达成任何愿望。
在光学世界,有很多种不同的办法可以制造出这种钥匙,单独每一把钥匙并不会展示出有用的信息,只有将它们同时“合体”,隐藏的秘密文字或者图案才会显现出来。
图像可视加密的魔术效果光可以被不透明的障碍物所遮挡,这是一条人人都知道的常识,只要将这一原理巧妙加以利用,就可以实现一种简单易行的图像可视加密(visual cryptography)效果。
对于一张要隐藏的简单黑白图片,每个像素或者是黑色,或者是白色,如果把图案打印在透明胶片上,黑色像素表示那一点是不透光的,白色像素表示那一点是透明的;如果把图案通过打孔的卡片来展示,则黑色像素表示那一点是没有打孔的,白色像素表示那一点是打孔透光的。
无论采用哪种方式,隐藏的图案都可以分解为两张或者多张表面上看起来随机的黑白图案,每一个子图案称为一个可视密钥,像每一把用于开启魔盒的钥匙,对应于一张印有图案的胶片或者打孔的卡片。
当把这些胶片或者卡片对齐叠加在一起,无论两层的“双皮奶”,三层的“三明治”,还是“拿破仑千层酥”,隐藏的图案都可以轻易恢复出来,直接映入眼帘。
图1:图像可视加密:打印在胶片上两个看似杂乱无章的图案(a)和(b)重叠之后,就可以将隐藏的数字1图案显现出来,像(c)所展示的那样[1]图2:图像可视加密的动态演示 图源:wikipedia其中的关键在于,两个或者多个可视密钥对应的像素叠加之后,只要其中至少有一个是黑色的(不透明的),就相当于把其他层的像素都遮挡住了,叠加后的结果中这一像素也会是黑色的。
反过来说,只有所有可视密钥对应的某一像素都是透明的,叠加后这一像素才会是透明的。
设计可视密钥时,需要按照这一规则对于每个像素进行适当的黑色(不透明)或白色(透明)编码。
有一款魔术道具,包含了四张打孔的卡片,外表看起来小孔的位置无规律可循,卡片上也没有任何有意义的图案,但只要观众说出1到9任何一个数字,魔术师以适当方式叠加四张卡片,立刻就可以展示出观众所要求的数字,让旁观者惊叹不已。
图3:上方四张卡片包含着很多“随机”分布的小孔,只要你说出1到9之间任何一个数字,四张卡片重叠之后就可以显示出这个数字 。
图源:作者拍摄可视密钥不仅可以隐藏简单的字母和数字,更复杂的图像也完全不在话下,图4就是一个例子。
图4:利用两个可视密钥图片(左和中)隐藏一张复杂图像(右)[2]而在另一个魔术中,两张不同扑克牌可以来回变换,也是利用了类似图像可视加密的技巧,细节在这里就不透露了,大家可以自行思考。
视频1:牌夹中的扑克牌为什么会在黑桃5和红桃6之间来回变化?图源:作者拍摄随机点立体图:双眼是天然的解锁钥匙我们的左右双眼不仅是心灵的窗口,也可以作为守护秘密的两把天然钥匙。
左右眼位置相隔几厘米,造成观看角度稍微不同,同一个物体的左右眼两个画面会存在一定“视差”,这在很大程度上,是“远近高低各不同”立体感的

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