Thesis (Ph.D.)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 100-127.

We present a novel approach for securing valuable
documents using a complementary approach based on the
encryption of computer-generated holograms (CGHs)
printed by self-healing hydrogel adhesives photochromic
ink. First step: The proposed approach utilizes the well-
known iterative Fourier transform algorithm (IFTA) to
generate a phase-only CGH for valuable digital and/or
physical documents. The generated CGH is then secured by
binary phase randomization, which is implemented using the
symmetric encryption technique, exclusive OR (XOR). The
reconstruction process for the calculated secured CGHs
varied slightly depending on whether the documents were
digital or physical. For digital documents, reconstruction
was performed using a symmetric decryption key followed
by an inverse Fourier transform (IFFT). On the other hand,
the reconstruction of the physical document involved two
additional processes: printing and scanning. Also,
constructed experimental setups used the phase-only spatial
light modulator (SLM) to reconstruct the calculated CGHs
optically. To evaluate the quality of the digital
reconstruction, the speckle signal-to-noise ratio (SSNR) was
estimated for both printed grayscale and binary CGHs. The
security analysis of the XOR-encrypted CGH was


v



quantitatively evaluated to ensure the level of protection
against various cryptographic attacks such as plaintext and
brute-force attacks. The results revealed that the
combination of phase CGHs and the XOR
encryption/decryption provides robust cryptographic
protection for valuable documents, benefiting document
security and anti-counterfeiting. The current study
establishes a new developed ink`s paste contain a strontium
aluminate-based phosphorescent pigment
(SrAl₂O₄:Er³⁺,Dy³⁺). The recently developed paste
composition enables the excitation by visible light
wavelengths range to generate strong luminescence
compared to standard UV-excitation emission ink. The ink
achieves strong fluorescence emission at 661 nm that results
in 99.67% intensity which creates a white emission color that
enhances document security capabilities. The ink operates
more efficiently under visible light since its emission
property surpasses that of conventional UV-excited pigment.
The ink paste included a binder and dispersant and thickener
that were used to affect the required viscosity levels while
ink paste concentrations between 2% and 3% were adjusted
and viscosity was optimized for stamping needs. The
investigation confirms that an integration of photochromic
ink with CGH encryption mechanics produces additional
document defense mechanisms. The distinctive physical
characteristics of this ink provide a successful method to
prevent counterfeiting which can detected under UV and
visible light illumination. The controlled luminescence
features of this ink generate novel opportunities to protect
and verify documents through covert security features and
add physical security layer for CGH protection.

نقدم طريقة جديدة لتأمين المستندات ذات القيمة باستخدام منهج تكاملي يعتمد على تشفير الصور المجسمة التي يتم إنشاؤها بواسطة الحاسوب (CGHs) ثم طباعتها بواسطة الحبر غير المرئي المتغير بصرياً للمواد اللاصقة للهلام المائي ذاتية التجانس. الخطوة الأولى: استخدم في الطريقة المقترحة خوارزمية تحويل فورييه التكرارية المعروفة (IFTA) لإنشاء CGH (المستخدم فيه الطور فقط ) للوثائق الرقمية و/أو المادية القيمة. ثم يتم تأمين CGH الذي تم إنشاؤه عن طريق التوزيع العشوائي للطور الثنائي، والذي يتم تنفيذه باستخدام تقنية التشفير المتماثل، الحصري OR (XOR). تختلف خطوات عملية إعادة البناء لـ CGHs المؤمن المنشأ بالحاسوب اختلافًا طفيفًا اعتمادًا على ما إذا كانت الوثائق رقمية أو مادية. بالنسبة للمستندات الرقمية، تم إجراء إعادة البناء باستخدام مفتاح فك تشفير متماثل متبوعاً بتحويل فورييه العكسي (IFFT). من ناحية أخرى، تضمنت إعادة بناء المستند المادي عمليتين إضافيتين: الطباعة والمسح الضوئي. كما تم بناء الإعداد التجريبي باستخدام معدل الضوء المكاني للطور فقط (SLM) لإعادة بناء CGHs المحسوبة بصريا. ولتقييم جودة إعادة البناء الرقمي، تم قياس جودة إعادة البناء والضوضاء (SSNR) لكل من التدرج الرمادي المطبوع الثنائي للهولوغرام المنشأ بواسطة الحاسوب CGH. كما تم تقييم التحليل الأمني لـ CGH المشفر بـ XOR كميًاً لضمان مستوى الحماية ضد هجمات التشفير المختلفة مثل هجمات القاموس والقوة الغاشمة. كشفت النتائج أن الجمع بين CGHsالطوري وتشفير/فك تشفير XOR يوفر حماية تشفير قوية للمستندات الهامة، مما يفيد أمن المستندات ومكافحة التزوير.كما أثبتت الدراسة الحالية أن عجينة الحبر المُطوّرة حديثًا تحتوي على صبغة فسفورية تدخل في تركيبها وهي ألوميناتالسترونشيوم (SrAl₂O₄:Er³⁺,Dy³⁺). تُمكّن تركيبة الحبر المُطوّرة من إتاحة نطاق أخر للإثارة بموجات الضوء المرئي لتوليد لمعان قوي مقارنةً بالصبغة التي تحدث الإثارة بالأشعة فوق البنفسجية فقط. يُحقق الحبر المطور انبعاثًا قويًا للفلورسنت عند 661 نانومتر، مما ينتج عنه كثافة 99.67%، مما يُنتج لونًا أبيضًا يُعزز قدرات تأمين المستندات. يعمل الحبر بكفاءة أكبر تحت الضوء المرئي نظرًا لأن خاصية انبعاثه تتجاوز خاصية الصبغة التقليدية المُثارة بالأشعة فوق البنفسجية التقليدية. تحتوي عجينة الحبر على مادة رابطة ومشتتًا ومُكثّفًا، استُخدمت للتحكم في مستويات اللزوجة المطلوبة، بينما تم ضبط تركيزات معجون الحبر بين 2% و3%، وتم تحسين اللزوجة لتلبية احتياجات الختم. يؤكد البحث أن دمج الحبر الفوتوكروميّ مع آليات تشفير CGH يُنتج آليات حماية إضافية للوثائق. تُوفر الخصائص الفيزيائية المميزة لهذا الحبر طريقةً ناجحةً لمنع التزوير، حيث يُمكن اكتشافه تحت الأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي. تُتيح خصائص اللمعان المُتحكّم بها لهذا الحبر فرصًا جديدةً لحماية الوثائق والتحقق منها من خلال ميزات أمان خفية، كما تُضيف طبقة أمان مادية لحماية CGH.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.