[發(fā)明專利]基于哈希鏈壓縮感知的圖像加密和解密方法

有效

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• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN108040191B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 彭海朋;劉力維;李麗香;楊義先
• 申請（專利權(quán)）人: 北京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N1/32
• 分類號(hào): H04N1/32
• 代理公司: 北京同立鈞成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11205
• 代理人: 胡艾青;劉芳

本發(fā)明提供一種基于哈希鏈壓縮感知的圖像加密和解密方法。加密方法通過首先根據(jù)初始密鑰生成第一哈希鏈和第二哈希鏈；分別根據(jù)第一哈希鏈和第二哈希鏈，獲得測量矩陣和加密矩陣；然后通過測量矩陣對明文圖像的稀疏表示矩陣進(jìn)行壓縮測量，得到測量結(jié)果矩陣；根據(jù)測量結(jié)果矩陣和加密矩陣，得到加密圖像矩陣，整個(gè)加密過程中僅需要保存初始密鑰，減少了對密鑰的存儲(chǔ)空間和通信能耗。同時(shí)，哈希函數(shù)的密鑰靈敏度極高，初始密鑰值的微小改變都會(huì)導(dǎo)致生成完全不同的哈希序列，在中繼節(jié)點(diǎn)處不需要保存測量矩陣，也降低了在中繼節(jié)點(diǎn)處數(shù)據(jù)被竊取的可能性，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴Ｗ罱K實(shí)現(xiàn)了在保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，減少密鑰的空間占用量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及信息加密技術(shù)，尤其涉及一種基于哈希鏈壓縮感知的圖像加密和解密方法。

背景技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是通過二維碼識(shí)讀設(shè)備、射頻識(shí)別裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)和激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。在物聯(lián)網(wǎng)中，每一個(gè)信息傳感設(shè)備都可以是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與其他多個(gè)節(jié)點(diǎn)形成發(fā)送-接收節(jié)點(diǎn)對和接收-發(fā)送節(jié)點(diǎn)對，以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域的推廣，在諸如軍事協(xié)同作戰(zhàn)、電子政務(wù)、工業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、場景監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療與教育等傳輸系統(tǒng)應(yīng)用場景中，都需要保障傳輸數(shù)據(jù)的安全性，以防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被第三方惡意攔截、篡改或非法拷貝。

現(xiàn)有的加密算法中，只要數(shù)字圖像的信號(hào)在某個(gè)變換域是稀疏的，就可以壓縮與采樣相結(jié)合的方式，通過壓縮感知算法以一個(gè)與變換基不相關(guān)的測量矩陣將變換所得數(shù)字圖像的高維信號(hào)投影到一個(gè)低維空間上進(jìn)行加密傳輸，然后在解密裝置將整個(gè)測量矩陣作為密鑰，通過求解優(yōu)化問題就可以從這些少量的投影中以高概率重構(gòu)出原信號(hào)。

然而，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)很可能與其他很多個(gè)節(jié)點(diǎn)形成發(fā)送-接收節(jié)點(diǎn)對和接收-發(fā)送節(jié)點(diǎn)對，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕摴?jié)點(diǎn)在數(shù)據(jù)傳輸過程中就需要存儲(chǔ)很多個(gè)與不同節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的測量矩陣，大量的測量矩陣元素極大的占用了節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間。而且，隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，有時(shí)節(jié)點(diǎn)對之間的數(shù)據(jù)通信不可直達(dá)，需要中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)播，這時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)播的通信能耗增大、數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩砸彩艿搅送{。現(xiàn)有的加密方法中，無法在保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，減少密鑰的空間占用量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于哈希鏈壓縮感知的圖像加密和解密方法，實(shí)現(xiàn)了在保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)，減少密鑰的空間占用量。

第一方面，本發(fā)明提供一種基于哈希鏈壓縮感知的圖像加密方法，應(yīng)用于加密端，包括：

根據(jù)初始密鑰生成第一哈希鏈和第二哈希鏈；

分別根據(jù)所述第一哈希鏈和所述第二哈希鏈，獲得測量矩陣和加密矩陣；

通過所述測量矩陣對明文圖像的稀疏表示矩陣進(jìn)行壓縮測量，得到測量結(jié)果矩陣；

根據(jù)所述測量結(jié)果矩陣和所述加密矩陣，得到加密圖像矩陣，所述加密圖像矩陣對應(yīng)密文圖像。

第二方面，本發(fā)明提供了一種基于哈希鏈壓縮感知的圖像解密方法，應(yīng)用于解密端，包括：

根據(jù)與密文圖像對應(yīng)的初始密鑰，生成第一哈希鏈和第二哈希鏈；

分別根據(jù)所述第一哈希鏈和所述第二哈希鏈，獲得測量矩陣和加密矩陣；

根據(jù)所述加密矩陣以及所述密文圖像對應(yīng)的比特矩陣，得到中間解密矩陣，其中，所述密文圖像對應(yīng)的比特矩陣，為將所述密文圖像對應(yīng)的加密圖像矩陣的每個(gè)元素用8位二進(jìn)制表示的矩陣；

根據(jù)預(yù)設(shè)的重構(gòu)算法和所述測量矩陣對所述中間解密矩陣進(jìn)行重構(gòu)處理，得到原始圖像矩陣，所述原始圖像矩陣對應(yīng)明文圖像。