准周期光学密钥赋能的混合密码学：融合衍射物理与深度学习的高维安全
光学
2025-05-30 v1 应用物理
摘要
光学加密本质上具有强大的安全优势，混合光电系统通过整合光学域与算法域提供了额外的自由度。然而，现有的光学加密方案严重依赖电子计算，限制了整体效率，同时物理密钥易受损，从而危及安全性和系统稳定性。为克服这些挑战，我们引入了准周期光学密钥（Quasi Periodic Optical Key, QPOK），其将长程有序与短程无序相结合，在单一平台内实现了增强的安全性及抗损能力。通过利用衍射对称性，我们的设计实现了光学驱动的加密，有效地将光电平衡向光子处理方向转移。此外，我们创新性地应用深度学习，仅利用振幅数据和密钥即可重建复光学密文场，同时实现了数据压缩与安全性提升。在该框架内，密钥空间包含波长、传播距离、相位调制和 Q-POK 几何形状等连续可调参数，显著扩展了密码学多样性。我们的系统还展现出稳健的密码学可靠性，将类间距离降低 50% 以上，并容忍高达 20% 的密文丢失。我们的框架代表了新一代物理奠基、算法增强的光学密码系统，为可扩展、硬件集成的信息安全范式奠定了基础路径。
引用
@article{arxiv.2505.23479,
title = {Quasi-Periodic Optical Key-Enabled Hybrid Cryptography: Merging Diffractive Physics and Deep Learning for High-Dimensional Security},
author = {Haiqi Gao and Yu Shao and Jiaming Liang and Xuehui Wang and Junren Wen and Yuchuan Shao and Yueguang Zhang and Weidong Shen and Chenying Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.23479},
year = {2025}
}