DE102006055480A1

DE102006055480A1 - Codierverfahren, Decodierverfahren, Codec sowie Datenträger zur holographischen Speicherung

Info

Publication number: DE102006055480A1
Application number: DE102006055480A
Authority: DE
Inventors: Jean-Michel Asfour
Original assignee: Bayer Innovation GmbH
Current assignee: Bayer Innovation GmbH
Priority date: 2006-11-24
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2008-05-29
Also published as: WO2008061652A3; JP5095748B2; US8351604B2; RU2009121978A; CN101542559A; WO2008061652A2; TW200839669A; AU2007323414A1; MX2009005383A; IL198805A0; NO20092367L; EP2097890A2; US20100046750A1; CN101542559B; JP2010510596A

Abstract

Bei einem Codierverfahren zur Verschlüsselung schützenswerter Informationen auf einem holographischen Datenträger wird eine zu verschlüsselnde Information (I; I<SUB>1</SUB>, I<SUB>2</SUB>) in ein grapmgewandelt, das wiederum in ein Hologramm umgewandelt wird, um damit den holographischen Datenträger (4) zu beschreiben. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, das Hologramm vor dem Beschreiben des holographischen Datenträgers (4) graphisch zu verändern. Durch die Art und Weise der graphischen Veränderung des Hologramms wird auf einfache Weise eine wenig störanfällige Verschlüsselung erreicht, die einem parallelisierten Brute-Force-Angriff einen erhöhten Widerstand entgegensetzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur sicheren Ablage von schätzenswerten Informationen, das ein Codierverfahren sowie ein Decodierverfahren enthalten kann. Ferner betrifft die Erfindung einen Coder/Decoder ("Codec") zur Durchführung des Verfahrens sowie einen Datenträger zur holographischen Speicherung verschlüsselter Daten, der durch das Codierverfahren erzeugt werden kann.
Um Informationen zu schützen, werden diese in der Regel in ein digitales Format umgewandelt und anschließend durch ein kryptographisches Verschlüsselungsverfahren derart verschlüsselt, dass es im Wesentlichen nur durch Kenntnis des verwendeten Schlüssels entschlüsselt werden kann. Bei einer guten Verschlüsselung ist der Zeitaufwand mit Hilfe eines Computers den Schlüssel zur Entschlüsselung der verschlüsselten Information zu finden so hoch, dass ein Versuch, eine Entschlüsselung durchzuführen für unbefugte Personen unattraktiv wird. Dies liegt daran, dass das Ausprobieren verschiedener Schlüssel ("Brute-Force-Angriff"), indem beispielsweise immer wieder unterschiedliche Passwörter ausprobiert werden, bei einem Passwort mit vielen Stellen und einer entsprechend hohen Entropie sehr lange dauert. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die digital vorliegende verschlüsselte Information mehrfach kopiert werden kann, so dass sie beispielsweise über das Internet auf vielen verschiedenen Computer gespeichert werden kann, wobei auf jedem Computer ein anderer Bereich möglicher Schlüssel ausprobiert werden kann (parallelisierter Angriff).
Um das Kopieren der verschlüsselten Information zu verhindern, ist es bekannt, einen Kopierschutz vorzusehen. Beispielsweise aus EP 1 355 217 ist es bekannt in dem Speichermedium, auf dem die verschlüsselte Information gespeichert ist, versteckte Merkmale vorzusehen, die vor dem Auslesen der eigentlichen Daten geprüft werden. Beim Kopieren des Datenträgers wird das versteckte Merkmal als nicht zur Datei gehörig übersehen, so dass das Merkmal nicht mitkopiert wird und die Kopie dadurch nicht vollständig ist. Dieser Kopierschutz kann allerdings dadurch umgangen werden, dass ein Kopierprogramm nicht nur als Daten gekennzeichnete Bereiche eines Speichermediums kopiert, sondern sämtliche Bereiche des Speichermediums unabhängig davon, ob sie als genutzte oder ungenutzte Bereiche gekennzeichnet sind. Trotz Kopierschutz ist es also möglich, beliebig viele Kopien der verschlüsselten Information anzufertigen, um sie von mehreren verschiedenen Computer entschlüsseln zu lassen.
Aus US 3,894,756 ist bekannt, eine holographische Datenspeicherung vorzusehen, bei der während der Erzeugung des Hologramms ein Objektstrahl mit einem zufällig modulierten Referenzstrahl überlagert wird. Dies führt zu einer optischen Verschlüsselung der zu speichernden Information.
Beim Auslesen muss dieselbe Modulation verwendet werden. Nachteilig bei diesem Codierverfahren ist, dass zur Bereitstellung des modulierten Referenzstrahls eine Mechanik mit beweglichen Bauteilen erforderlich ist, die nicht zuletzt aufgrund von Verschleißerscheinungen und dem Erfordernis besonders exakt angesteuerter Positionen entsprechend fehleranfällig ist. Bereits ein einziger geringfügiger Fehler bei der Erstellung des Hologramms, der beispielsweise durch einen leichten Schlag gegen die verwendete Vorrichtung entstehen kann, führt zu einer beschädigten Information, die selbst von einem berechtigten Anwender nicht mehr rekonstruiert werden kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Codierverfahren, ein Decodierverfahren, einen Codec sowie einen Datenträger zur holographischen Speicherung zu schaffen, die einem parallelisierten Brute-Force-Angriff einen höheren Widerstand entgegensetzen und bei einer reduzierten Fehleranfälligkeit einfach zu handhaben ist.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Codierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Decodierverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8, einem Codec mit den Merkmalen des Anspruchs 13 sowie einem Datenträger mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Codierverfahren zur Verschlüsselung schätzenswerter Informationen auf einem holographischen Datenträger wird zunächst eine verschlüsselte Information bereitgestellt, wobei die Informationen insbesondere in einem digitalen Format vorliegen. Bei der zu verschlüsselnden Information kann es sich auch um kleinere Teilstücke einer größeren Gesamtinformation handeln. Anschließend wird die Information in mindestens ein graphisches Datenbild umgewandelt, so dass die Information in einem graphischen Format vorliegt. Beispielsweise besteht das Datenbild aus einer Abfolge von weißen und schwarzen Quadraten, die jeweils einem Bit der digital vorliegenden Information entspricht. Es können auch verschiedene Farben oder Graustufen verwendet werden, um die Datendichte zu erhöhen. Anschließend wird das graphische Datenbild in mindestens ein Hologramm umgewandelt, um den holographischen Datenträger mit dem Hologramm zu beschreiben. Die Hologramme werden insbesondere computergeneriert erzeugt, beispielsweise mit dem Iterativen Fouriertransformations Algorithmus (IFTA).
Erfindungsgemäß wird das Hologramm vor dem Schreiben des holographischen Datenträgers mit dem Hologramm graphisch verändert. Die graphische Veränderung des Hologramms stellt eine weitere Verschlüsselungsebene dar, die von einer digitalen Verschlüsselung unabhängig ist. Selbst bei Kenntnis eines Passworts zur Entschlüsselung eines gegebenenfalls zuvor durchgeführten digitalen Verschlüsselungsverfahrens können dem holographischen Datenträger noch keine sinnvollen Informationen entnommen werden. Dadurch wird insbesondere der Transport der verschlüsselten Information von einem Computer zu einem anderen Computer besser geschützt, so dass die verschlüsselte Information noch nicht verloren ist, falls der holographische Datenträger in unbefugte Hände gelangt. Die graphische Veränderung des Hologramms kann beispielsweise mit Hilfe insbesondere eines sich selbst vernichtenden Programms rückgängig gemacht werden, wobei dieses Programm auf einem anderen Weg zu dem Zielrechner gelangen kann. Beispielsweise kann das Hologramm auf einem per Post versendeten holographischen Datenträger gespeichert sein, während das Entschlüsselungsprogramm, mit dem graphische Veränderung rückgängig gemacht wird, nach Eingabe einer individuell zuordenbaren Registrierungsnummer über das Internet heruntergeladen werden kann. Da die graphische Veränderung des Hologramms insbesondere bei computergenerierten Hologrammen besonders einfach vorgenommen werden kann, wird durch eine einfache Maßnahme, die kaum störanfällig ist, ein verbesserter Schutz gegen Entschlüsselung der schätzenswerten Informationen erreicht. Da die graphische Veränderung des Hologramms die Informationen zerstückelt und neu arrangiert, wird eine Verschlüsselung erreicht, die bezogen auf die ursprüngliche Information nicht sequentiell geordnet ist, wodurch eine Entschlüsselung durch einen parallelisierten Brute-Force-Angriff zumindest deutlich erschwert wird. Da das Hologramm graphisch verändert werden kann bevor der holographische Datenträger beschrieben wird, wird für den Beschreibungsvorgang eine komplizierte und störanfällige Mechanik eines zu verwendeten Decoders vermieden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Codierverfahrens wird beim Umwandeln des graphischen Datenbildes das graphische Datenbild in mindestens zwei Teilbereiche aufgeteilt. Die Teilbereiche werden anschließend in Form eines flächigen Musters in einer vorzugsweise definierten Abfolge in das Hologramm umgewandelt, wobei das flächige Muster mit Hilfe eines Bildschlüssels eindeutig definiert ist. Der holographische Datenträger wird anschließend mit diesem Hologramm beschrieben. In dem Bildschlüssel kann definiert werden, in welcher Reihenfolge die einzelnen Teilbereiche verarbeitet werden. Beispielsweise kann ein rechteckiges Datenbild, das aus mehreren quadratischen Teilbereichen besteht, Zeilen- oder Spaltenweise oder in einer beliebigen Abfolge der Teilbereiche verarbeitet werden. Ferner kann in dem Bildschlüssel jedem Teilbereich im Bezug zu seiner Ausgangsposition eine Verschiebung und/oder Drehung zugeordnet werden. Beispielsweise ist ein rechteckiges Datenbild in mehrere gleich große quadratische Teilbereiche aufgeteilt, wobei ein bestimmter Teilbereich um eine definierte Anzahl von Teilbereichen in horizontaler und/oder vertikaler Richtung verschoben und/oder insbesondere um ein Vielfaches von 90° gedreht werden kann. Falls sich bei der Umwandlung des graphischen Datenbildes Teilbereiche beim umgewandelten Datenbild überlappen sollten, kann in diesen Bereichen gegebenenfalls die Datendichte erhöht sein, indem beispielsweise in diesen Bereichen die Auflösung entsprechend erhöht wird oder mehrere Graustufen zugelassen werden.
Zusätzlich bzw. alternativ kann das graphische Datenbild in einem Zwischenschritt in ein Zwischen-Hologramm umgewandelt werden, wobei dieses Zwischen-Hologramm in mindestens zwei Teilbereiche aufgeteilt wird, und diese Teilbereiche anschließend mit Hilfe des Bildschlüssels, der das flächige Muster eindeutig definiert, in Form des flächigen Musters in einer insbesondere definierten Abfolge in das Hologramm umgewandelt werden. Die Umwandlung kann insbesondere wie vorstehend anhand der Umwandlung des Datenbildes erläutert erfolgen. Das so erzeugte Hologramm wird anschließend auf den holographischen Datenträger geschrieben. Der Bildschlüssel kann beispielsweise Informationen enthalten, in wie viele Teilbereiche das graphische Datenbild und/oder das Zwischen-Hologramm aufgeteilt wird, welche Form und Anordnung das flächige Muster aufweist sowie welcher Teilbereich an welcher Stelle des Musters angeordnet wird. Die Anzahl der Teilbereiche hat einen Einfluss darauf, wie viele unterschiedlich angeordnete flächige Muster möglich sind und in welcher Art und Weise die Teilbereiche in das flächige Muster einsortiert werden. Die Anzahl der Teilbereiche und/oder der Muster wird insbesondere derart gewählt, dass die Entropie, d.h. die Komplexität der Verschlüsselung, maximal ist.
Das graphisch veränderte Hologramm, d.h. das flächige Muster, weist insbesondere nicht die gleiche Außenkontur des Zwischen-Hologramms bzw. des Hologramms auf, in das das graphische Datenbild ohne graphische Veränderung umgewandelt worden wäre. Da das graphische Datenbild üblicherweise möglichst dicht und kompakt gestaltet ist, ergibt sich durch das derart graphisch veränderte Hologramm ein flächiges Muster mit nicht genutzten Zwischenräumen. Vorzugsweise werden diese nicht genutzten Zwischenräume mit holographischen Daten aufgefüllt, bei denen es sich beispielsweise um nicht relevante Störinformationen handelt. Dadurch dass die Zwischenräume aufgefüllt sind, kann durch eine Untersuchung des holographischen Datenträgers das flächige Muster des Hologramms mit den verschlüsselten Informationen nicht ermittelt werden. Besonders bevorzugt werden die nicht genutzten Zwischenräume zumindest teilweise mit einem weiteren Hologramm aufgefüllt, das aus einer weiteren verschlüsselten Information erzeugt wurde. Die graphische Veränderung dieses weiteren Hologramms erfolgt hierbei insbesondere unter Berücksichtigung des zuvor benutzten Bildschlüssels, der bei der Erzeugung des graphisch veränderten Hologramms verwendet wurde. Dadurch wird sichergestellt, dass die Hologramme sich nicht überlappen und Information unbeabsichtigt zerstört wird. Falls genau zwei graphisch veränderte Hologramme ineinander verschachtelt werden sollen, kann der Bildschlüssel zur Verschlüsselung des zweiten Hologramms in der inversen Version des Bildschlüssels zur Verschlüsselung des ersten Hologramms bestehen. Besonders bevorzugt werden mehrere Hologramme ineinander verschachtelt, beispielsweise um einen Hologrammblock standardisierter Größe zu schaffen. Durch die höhere Anzahl der ineinander verschachtelten Hologramme werden mehrere Bildschlüssel benötigt, so dass sich die Komplexität der Verschlüsselung auf eine besonders einfache Art und Weise vergrößert.
Die auf dem holographischen Datenträger gespeicherten Hologramme können beispielsweise als Amplitudenhologramm oder Polarisationshologramm gespeichert sein. Da sich Amplitudenhologramme durch das "Contact Printing"-Verfahren kopieren lassen, sind Polarisationshologramme bevorzugt. Wenn durch das Beschreiben des holographischen Datenträgers mit dem Hologramm ein Polarisationshologramm entsteht, wird das Kopieren des holographischen Datenträgers erschwert. Insbesondere sind zum Kopieren des holographischen Datenträgers optische Systeme erforderlich, die zum optischen Auslesen des Polarisationshologramms erst eingestellt und justiert werden müssen. Da dies im Vergleich zu digital vorliegenden Daten deutlich zeitaufwendiger ist, wird das massenhafte Kopieren des holographischen Datenträgers auf Grund des deutlich vergrößerten Zeitaufwands erschwert. Besonders bevorzugt werden für den holographischen Datenträger photoadressierbare Polymere verwendet, da diese die Speicherung in Polarisationshologrammen erlauben.
Um die Komplexität der Verschlüsselung weiter zu erhöhen ist es vorzugsweise vorgesehen, die zu verschlüsselnde Information in mindestens zwei Teilinformationen aufzuteilen, um die jeweiligen Teilinformationen im weiteren Verlauf des Verfahrens jeweils gesondert mit Hilfe des Bildschlüssels bzw. mit verschiedenen Bildschlüsseln zu verschlüsseln. Besonders bevorzugt wird die zu verschlüsselnde Information zuvor in mindestens zwei Teilblöcke aufgeteilt, die mit Hilfe eines Informationsschlüssels in die Teilinformationen aufgeteilt werden. Beispielsweise kann die zu verschlüsselnde Information in mehrere gleich lange oder unterschiedlich lange Teilblöcke aufgeteilt werden, wobei die Teilblöcke alternierend oder nach einem anderen Verfahren in einer bestimmten Reihenfolge auf die mindestens zwei Teilinformationen aufgeteilt werden. Da dadurch die Information in mehrere Teile zerstückelt und innerhalb der entstehenden Teilinformationen neu zusammengesetzt wird, wird eine zusätzliche Verschlüsselung der schätzenswerten Informationen erreicht.
Vorzugsweise wird bei der Umwandlung der Information, bei der es sich auch um eine Teilinformation handeln kann, in mindestens ein graphisches Datenbild ein Umwandlungsschlüssel verwendet, durch den die Anzahl, die Größe und die Rasterung des graphischen Datenbildes definiert ist. Dadurch, dass die Information auch in mehr als ein graphisches Datenbild umgewandelt werden kann, kann die Komplexität der Verschlüsselung erhöht werden. Ferner kann die gewählte Rasterung des graphischen Datenbildes, d.h. wie klein oder groß der Flächenbereich ist, der einem Bit einer digital vorliegenden Information entspricht, eine entsprechend physikalisch vorzunehmende Einstellung eines Lesegeräts erforderlich machen. Der Zeitaufwand, der erforderlich ist, um verschiedene Einstellungen auszuprobieren, macht eine Entschlüsselung des gespeicherten Hologramms unattraktiv. Insbesondere wenn in dem Datenbild Störinformationen vorgesehen sind, deren Rasterung doppelt so fein ist wie die Rasterung der verschlüsselten Informationen, werden ungefugte Benutzer dazu verleitet, eine zu feine Rasterung anzunehmen, so dass das Hologramm nicht in die korrespondierende digitale Form entschlüsselt werden kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein Decodierverfahren, mit dem nach dem vorstehend beschriebenen Codierverfahren verschlüsselte Informationen entschlüsselt werden können. Bei einem erfindungsgemäßen Decodierverfahren wird zunächst ein holographischer Datenträger bereitgestellt, der mindestens ein Hologramm aufweist. Anschließend wird der holographische Datenträger mit einem Energiestrahl, bei dem es sich insbesondere um einen Laserstrahl handelt, bestrahlt, um das Hologramm auszulesen. Der an dem holographischen Datenträger reflektierte Energiestrahl wird mit Hilfe eines Empfängers empfangen, um das Hologramm in ein graphisches Datenbild umzuwandeln. Erfindungsgemäß trifft der Energiestrahl auf einen Filter, der den Energiestrahl nur teilweise hindurch treten lässt. Der Energiestrahl tritt derart durch den Filter hindurch, dass der Energiestrahl in einem flächigen Muster auf den Empfänger trifft, wobei das flächige Muster durch einen Bildschlüssel eindeutig definiert ist.
Der Teil des Energiestrahls, der von dem Filter reflektiert und/oder absorbiert wird, entspricht dem Teil des auf den holographischen Datenträger gespeicherten Hologramms, der zur Rekonstruktion der zu entschlüsselnden Information nicht relevant ist. Durch die schablonenartige Filterung des Energiestrahls wird von dem Empfänger nur der Teil des Hologramms empfangen, welcher der zu entschlüsselnden Information entspricht. Der zur graphischen Veränderung des Hologramms verwendete Bildschlüssels ist hinsichtlich des durch den Bildschlüssel definierten flächigen Musters in dem Filter manifestiert. Der Filter kann ein Bauteil sein, das bei der Entschlüsselung des Hologramms in eine geeignete Vorrichtung einfach eingelegt werden kann. Sofern nur eine begrenzte Anzahl an Filtern vorhanden ist, kann der Schutz der verschlüsselten Information durch die Kontrolle der Filter gewährleistet werden, so dass eine in der Regel nur lückenhafte Kontrolle der verwendeten holographischen Datenträger weniger sicherheitsrelevant ist.
Vorzugsweise trifft der Energiestrahl bereits in dem flächigen Muster auf den holographischen Datenträger. Der Filter wird also vorzugsweise in den Strahlengang des ankommenden Energiestrahls und nicht in den Strahlengang des reflektierten Energiestrahls angeordnet. Gegebenenfalls nachteilige Streueffekte werden dadurch vermieden. Ferner lässt sich die partielle Bestrahlung des holographischen Datenträgers leichter überprüfen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Filter ein Flüssigkristalldisplay verwendet bzw. es wird ein Filter verwendet, der ein Flüssigkristalldisplay aufweist. Mit Hilfe des Flüssigkristalldisplays kann der Filter, der den Energiestrahl insbesondere räumlich amplitudenmoduliert, besonders einfach verschiedene flächige Muster einstellen. Derselbe Filter kann somit die flächigen Muster verschiedener Bildschlüssel dem Energiestrahl aufprägen. Besonders bevorzugt ist das Flüssigkristalldisplay mit einer Rechnereinheit verbunden, in der mindestens ein Bildschlüssel gespeichert ist. Dadurch kann das durch das Flüssigkristalldisplay aufgeprägte Muster in Abhängigkeit von dem an der Rechnereinheit gespeicherten Bildschlüssel erstellt werden. Dies ermöglicht die kommerzielle Anwendung des erfindungsgemäßen Decodierverfahrens für Verbraucher, die insbesondere an flexibel einsetzbarer Technologie interessiert sind.
Die Erfindung betrifft ferner ein Codierer/Decodierer ("Codec"), d.h. eine Vorrichtung zum Codieren und/oder Decodieren einer holographisch vorliegenden Information. Der Codec weist eine Strahlungsquelle zur Erzeugung eines Energiestrahls, insbesondere Laserstrahls auf. Mit Hilfe einer Linsenanordnung kann der holographischen Datenträger mit dem Energiestrahl bestrahlt werden. Ferner weist der Codec eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme eines holographischen Datenträgers auf. Die Aufnahmevorrichtung und die Linsenanordnung sind derart relativ zueinander bewegbar, dass der holographische Datenträger an mehreren Stellen, insbesondere an allen Stellen einer Seite bestrahlt werden kann. Ferner ist ein Empfänger zur Detektion des von dem holographischen Datenträger reflektierten Energiestrahls vorgesehen. Erfindungsgemäß ist in dem Strahlengang des Energiestrahls ein Filter angeordnet, der den Energiestrahl derart verändert, dass der Energiestrahl den Empfänger in einem flächigen Muster bestrahlt, wobei das flächige Muster durch einen Bildschlüssel eindeutig definiert ist. Der erfindungsgemäße Codec ist insbesondere wie vorstehend anhand des Codier- und/oder Decodierverfahrens beschrieben aus- und weitergebildet.
Die Erfindung betrifft ferner einen Datenträger zur holographischen Speicherung verschlüsselter Daten, der einen Datenträgerkörper zur Speicherung eines Hologramms aufweist. Erfindungsgemäß weist der Datenträgerkörper mehrere Hologramme auf, welche die Form eines flächigen Musters aufweisen. Das flächige Muster ist durch einen Bildschlüssel eindeutig definiert. Da somit die Hologramme nicht sequentiell geordnet in dem Datenträgerkörper angeordnet sind, wird durch diese einfache Maßnahme eine Verschlüsselung der gespeicherten Daten erreicht. Insbesondere wenn die Hologramme mit einem herkömmlichen Ausleseverfahren gelesen werden, d.h. sequentiell abgetastet werden, werden keine brauchbaren Informationen von dem Datenträger extrahiert. Erst durch die Kenntnis des Bildschlüssels können die relevanten Bereiche des Datenträgerkörpers ermittelt werden, in denen die Information gespeichert ist.
Vorzugsweise weist der Datenträgerkörper mehrere Hologrammblöcke standardisierter Größe auf, wobei der Programmblock mindestens zwei einer Information zugeordnete Hologramme aufweist. Die Hologramme werden insbesondere derart ineinander verschachtelt, dass nicht genutzte Zwischenbereiche vermieden sind. Hierdurch wird die Form des flächigen Musters verschleiert.
Besonders bevorzugt weist der Datenträgerkörper einen Film mit fotoadressierbaren Polymeren auf. Insbesondere durch die fotoadressierbaren Polymere ist es möglich, die Hologramme bevorzugt als Polarisationshologramme in den Datenträgerkörper zu speichern. Ein Kopieren des Datenträgers wird dadurch vermieden.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen ersten Schritt eines erfindungsgemäßen Codierverfahrens,
2 einen zweiten Schritt des Codierverfahrens,
3 einen dritten Schritt des Codierverfahrens,
4 einen vierten Schritt des Codierverfahrens,
5 einen ersten und zweiten Schritt eines erfindungsgemäßen Decodierverfahrens,
6 einen dritten Schritt des Decodierverfahrens, und
7 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Codec.
In einem ersten Schritt (1) des erfindungsgemäßen Codierverfahrens wird eine Information I in zwei Teilinformationen I₁, I₂ aufgeteilt. Um bei der Aufteilung der Information I in zwei Teilinformationen I₁, I₂ bereits eine erste Verschlüsselung zu erreichen, wurde die Information I in mehrere Teilblöcke aufgeteilt, wobei die Teilblöcke in 1 nacheinander durch unterstrichene Ziffern und nicht unterstrichene Ziffern dargestellt sind. Beim Aufteilen der Information I in die zwei Teilinformationen I₁, I₂ sind die Teilblöcke, die durch unterstrichene Ziffern dargestellt sind, der Teilinformation I₂ zugeordnet und die Teilblöcke, die nicht unterstrichen dargestellt sind, der Teilinformation I₁ zugeordnet. Die Art und Weise, in der die Information I in Teilblöcke aufgeteilt wird, um sie anschließend mindestens zwei Teilinformationen I₁, I₂ zuzuweisen, wird durch einen Informationsschlüssel S₁ definiert.
In einem zweiten Schritt (2) des Codierverfahrens werden die Teilinformationen I₁, I₂ jeweils in ein graphisches Datenbild D₁, D₂ umgewandelt. Beim graphischen Datenbild D₁, D₂ kann es sich um einen Strichcode handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem graphischen Datenbild D₁, D₂ um einen Matrixcode, da ein Matrixcode im Vergleich zu einem Strichcode bei gleichem Flächenbedarf mehr Information codieren kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die graphischen Datenbilder D₁, D₂ aus einer Abfolge weißer und schwarzer Quadrate zusammengesetzt, wobei jedes Quadrat einem Bit der digital vorliegenden Informationen I₁, I₂ entspricht. Die Größe des graphischen Datenbildes D₁, D₂ sowie die Größe der verwendeten weißen und schwarzen Quadrate (Rasterung) wird durch einen Umwandlungsschlüssel S₃ definiert. Ferner kann bei der Umwandlung der Teilinformationen I₁, I₂ sofort eine Aufspaltung in einzelne Teilblöcke vorgenommen werden, wie vorstehend anhand des Informationsschlüssels S₁ (1) beschrieben.
In einem dritten Schritt (3) des Codierverfahrens werden die graphischen Datenbilder D₁, D₂ in computergenerierte Zwischen-Hologramme H₁, H₂ umgewandelt. Diese Umwandlung kann insbesondere durch ein standardisiertes Verfahren zur Erzeugung computergenerierter Hologramme erfolgen, wie beispielsweise der Iterative Fouriertransformations Algorithmus (IFTA). Es ist aber auch möglich einen speziell gestalteten Algorithmus, der beispielsweise vom IFTA abgewandelt wurde, zu verwenden, um eine weitere Verschlüsselung zu erreichen.
In einem vierten Schritt (4) des Codierverfahrens werden in Zwischen-Hologramme H₁, H₂ mit Hilfe eines Bildschlüssels S₂ in Hologramme H'₁, H'₂ umgewandelt. Für diese Umwandlung wird das erste Zwischen-Hologramm H₁ in mehrere Teilbereiche h_1,1, h_1,2, ..., h_1,n aufgeteilt. Diese Teilbereiche h_1,1, h_1,2, ..., h_1,n werden in Form eines flächigen Musters in einer definierten Abfolge angeordnet, so dass sich das erste Hologramm H'₁ ergibt. In entsprechender Weise wird mit dem zweiten Zwischen-Hologramm H₂ verfahren, wobei die Teilbereiche h_2,1, h_2,2, ..., h_2,n in Form eines flächigen Musters in einer definierten Abfolge angeordnet werden, die invers zu dem flächigen Muster des ersten Hologramms H'₁ ist. Die flächigen Muster des ersten Hologramms H'₁ und des zweiten Hologramms H'₂ können somit derart ineinander verschachtelt werden, dass nicht genutzte Zwischenräume vermieden sind, wodurch sich ein Hologrammblock H_ges ergibt, dem die flächigen Muster der Hologramme H'₁, H'₂ nicht anzusehen sind. Das durch den Bildschlüssel S₂ eindeutig definierte flächige Muster der Hologramme H'₁, H'₂ wird im Hologrammblock H_ges vollständig verborgen.
Zum Decodieren der im Hologrammblock H_ges gespeicherten Information (5) ist bei Kenntnis der flächigen Muster der Hologramme H'₁, H'₂ zunächst eines der flächigen Muster beispielsweise mit Hilfe eines Filters abzudecken und nur mit Hilfe des Bildschlüssels S₂ das erste Hologramm H'₁ in das erste graphische Datenbild D₁ zurück zu transformieren. Anschließend kann das erste graphische Datenbild D₁ mit Hilfe des Umwandlungsschlüssels S₃ in die erste Teilinformation I₁ zurück umgewandelt werden. Entsprechend wird mit dem zweiten Hologramm H'₂ verfahren, wobei in diesem Fall das flächige Muster des Hologramms H'₁ abgedeckt ist und nur das zweite Hologramm H'₂ sichtbar ist.
In einem letzten Schritt (6) des Decodierverfahrens werden mit Hilfe des Informationsschlüssels S₁ die Teilinformationen I₁, I₂ in die gewünschte unverschlüsselte Information I überführt.
Zur Durchführung des Codierverfahrens und des Decodierverfahrens weist ein Codec (7) eine Strahlungsquelle 1 auf, die beispielsweise einen Laserlichtstrahl erzeugt. Dieser Energiestrahl wird über eine Linsenanordnung 3 auf einen holographischen Datenträger 4 gelenkt, der in einer Aufnahmevorrichtung angeordnet ist, damit nahezu sämtliche Bereiche des holographischen Datenträgers 4 beleuchtet werden können. Das von dem holographischen Datenträger 4 reflektierte Licht wird von einem Empfänger 5 detektiert, um das ausgelesene Hologramm H'₁, H'₂ in das graphische Datenbild D₁, D₂ umzuwandeln. In den Strahlengang des Energiestrahls wird, insbesondere bevor der Energiestrahl auf den holographischen Datenträger 4 trifft, ein Filter 2 angeordnet. Der Filter 2 filtert im dargestellten Ausführungsbeispiel entweder das flächige Muster des zweiten Hologramms H'₂ (oben), oder das flächige Muster des ersten Hologramms H'₁ (unten) heraus. Dieses flächige Muster wird durch den Bildschlüssel S₂ eindeutig definiert. Um besonders einfach zwischen verschiedenen flächigen Muster wechseln zu können, kann der Filter 2 ein Flüssigkristalldisplay aufweisen, das je nach Bedarf das entsprechende flächige Muster einstellt. Das Flüssigkristalldisplay kann hierzu mit einer Recheneinheit verbunden sein, in welcher der Bildschlüssel S₂ gespeichert ist.

Claims

Codierverfahren zur Verschlüsselung schätzenswerter Informationen auf einem holographischen Datenträger (4), mit den Schritten: Bereitstellen mindestens einer zur verschlüsselnden Information (I; I₁, I₂), Umwandeln der Informationen in mindestens ein graphisches Datenbild (D₁, D₂), Umwandeln des graphischen Datenbildes (D₁, D₂) in mindestens ein Hologramm (H₁, H₂) und Beschreiben des holographischen Datenträgers (4) mit dem Hologramm, dadurch gekennzeichnet, dass das Hologramm (H₁, H₂) vor dem Beschreiben des holographischen Datenträgers (4) mit dem Hologramm (H'₁, H'₂) graphisch verändert wird.
Codierverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umwandeln des graphischen Datenbildes (D₁, D₂) das graphische Datenbild (D₁, D₂) und/oder ein in einem Zwischenschritt erzeugtes Zwischen-Hologramm (H₁, H₂) in mindestens zwei Teilbereiche (h_1,1, h_1,2, h_1,n; h_2,1, h_2,2, h_2,n,) aufgeteilt wird und die Teilbereiche (h_1,1, h_1,2, h_1,n; h_2,1, h_2,2, h_2,n) mit Hilfe eines Bildschlüssels (S₂), der ein flächiges Muster eindeutig definiert, in Form des flächigen Musters in das Hologramm (H'₁, H'₂) umgewandelt werden, bevor der holographische Datenträger (4) mit diesem Hologramm (H'₁, H'₂) beschrieben wird.
Codierverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass von dem flächigen Muster des Hologramms (H'₁, H'₂) nicht genutzte Zwischenräume mit holographischen Daten aufgefüllt werden.
Codierverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die holographischen Daten mindestens ein weiteres Hologramm (H'₂) aufweisen, das aus einer weiteren verschlüsselten Information (I₂) erzeugt wurde, wobei das flächige Muster des weiteren Hologramms (H'₂) unter Berücksichtigung des zuvor benutzten Bildschlüssels (S₂) erstellt wird.
Codierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der holographische Datenträger (4) mit einem Hologrammblock (H_ges) standardisierter Größe beschrieben wird und der Hologrammblock (H_ges) mindestens zwei ineinander verschachtelte jeweils einer Information (I₁, I₂) zugeordnete Hologramme (H'₁, H'₂) aufweist.
Codierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Beschreiben des holographischen Datenträgers (4) mit dem Hologramm (H'₁, H'₂) ein Polarisationshologramm entsteht.
Codierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verschlüsselnde Information (I) in mindestens zwei Teilblöcke aufgeteilt wird, die mit Hilfe eines Informationsschlüssels (S₁) in mindestens zwei Teilinformationen (I₁, I₂) aufgeteilt werden, um die jeweiligen Teilinformationen (I₁, I₂) jeweils gesondert mit Hilfe des Bildschlüssels (S₂) zu verschlüsseln.
Codierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass das Umwandeln der Information (I; I₁, I₂) in mindestens ein graphisches Datenbild (D₁, D₂) mit Hilfe eines Umwandlungsschlüssels (S₃) erfolgt, wobei der Umwandlungsschlüssel (S₃) die Anzahl, die Größe und die Rasterung des graphischen Datenbildes (D₁, D₂) definiert.
Decodierverfahren zur Entschlüsselung einer nach einem Codierverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 verschlüsselten Information, mit den Schritten: Bereitstellen eines mindestens ein Hologramm (H'₁, H'₂, H_ges) aufweisenden holographischen Datenträgers (4), Bestrahlen des holographischen Datenträgers (4) zum Auslesen des Hologramms (H'₁, H'₂; H_ges) mit einem Energiestrahl, insbesondere Laserstrahl, und Empfangen des an dem holographischen Datenträger (4) reflektierten Energiestrahls mit einem Empfänger (5) zur Umwandlung des Hologramms (H'₁, H'₂; H_ges) in ein graphisches Datenbild (D₁, D₂), dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl auf einen Filter (2) trifft, der den Energiestrahl nur teilweise derart hindurchtreten lässt, dass der Energiestrahl in einem flächigen Muster auf den Empfänger (5) trifft, wobei das flächige Muster durch einen Bildschlüssel (S₂) eindeutig definiert ist.
Decodierverfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiestrahl in dem flächigen Muster auf den holographischen Datenträger (4) trifft.
Decodierverfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (2) den Energiestrahl räumlich amplituden moduliert.
Decodierverfahren nach Ansprüche 9 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass als Filter (2) ein Flüssigkristalldisplay verwendet wird.
Decodierverfahren nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass das Flüssigkristalldisplay mit einer Rechnereinheit verbunden ist, in der mindestens ein Bildschlüssel (S₂) gespeichert ist, um das durch das Flüssigkristalldisplay aufgeprägte Muster in Abhängigkeit von dem in der Rechnereinheit gespeicherten Bildschlüssel (S₂) zu erstellen.
Codec zum Codieren und/oder Decodieren einer holographisch vorliegenden Information, mit einer Strahlungsquelle (1) zur Erzeugung eines Energiestrahls, insbesondere Laserstrahl, einer Linsenanordnung (3) zum Bestrahlen eines holographischen Datenträgers (4) mit dem Energiestrahl, einer Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des holographischen Datenträgers (4), wobei die Aufnahmevorrichtung und die Linsenanordnung (3) derart relativ zueinander bewegbar sind, dass der holographische Datenträger (4) an mehreren Stellen bestrahlt werden kann, und einem Empfänger (5) zur Detektion des von dem holographischen Datenträgers (4) reflektierten Energiestrahls, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strahlengang des Energiestrahls ein Filter (2) angeordnet ist, der den Energiestrahl derart verändert, dass der Energiestrahl den Empfänger (5) in einem flächigen Muster bestrahlt, wobei das flächige Muster durch einen Bildschlüssel (S₂) eindeutig definiert ist.
Codec nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (2) zwischen der Strahlungsquelle (1) und dem holographischen Datenträger (4) angeordnet ist.
Codec nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Filter (2) ein Flüssigkristalldisplay aufweist, der mit einer Rechnereinheit verbunden ist, in der mindestens ein Bildschlüssel (S₂) gespeichert ist, um das dem Energiestrahl von dem Flüssigkristalldisplay ausgeprägte Muster in Abhängigkeit von dem Bildschlüssel (S₂) zu erzeugen.
Codec nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (5) mit einer Rechnereinheit zur Umwandlung des von dem Empfänger (5) empfangenen Energiestrahls in ein Datenbild (D₁, D₂) verbunden ist.
Datenträger zur holographischen Speicherung verschlüsselter Daten, mit einem Datenträgerkörper zur Speicherung eines Hologramms, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträgerkörper mehrere Hologramme (H'₁, H'₂) aufweist, die die Form eines flächigen Musters aufweisen, das durch einen Bildschlüssel (S₂) eindeutig definiert ist.
Datenträger nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträgerkörper mehrere Hologrammblöcke (H_ges) standardisierter Größe aufweist, wobei der Hologrammblock (H_ges) mindestens zwei ineinander verschachtelte, Informationen (I; I₁, I₂) zugeordnete Hologramme (H'₁, H'₂) aufweist.
Datenträger nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hologramme (H'₁, H'₂) Polarisationshologramme sind.
Datenträger nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Datenträgerkörper einen Film mit photoadressierbaren Polymeren aufweist.