[發明專利]一種基于半張量積壓縮感知的加密方法

在審

• 申請號: 201910651698.6
• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110390622A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 溫文媖;洪宇坤;方玉明;張玉書;楊勇
• 申請（專利權）人: 江西財經大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00;G06F21/60
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

本發明涉及一種基于半張量積的壓縮感知的圖像加密方法，通過使用半張量積乘法作為壓縮感知階段的測量矩陣可以大大減小需要的計算開銷，而壓縮感知本身也減小了傳輸過程中所消耗的資源。該方法屬于數字圖像處理和信息安全的交叉領域。本發明能夠獲得很好的圖像加密及傳輸效果，而具有實現簡單，占用資源小，運行速度快的優點。

技術領域

本發明涉及了一種基于半張量積壓縮感知的圖像加密方法，通過使用半張量積乘法作為壓縮感知階段的測量矩陣可以大大減小需要的計算資源，而壓縮感知本身也減小了傳輸過程中所消耗的資源。該方法屬于數字圖像處理和信息安全的交叉領域。該方法給進一步研究低消耗高效率的圖像安全傳輸提供了一種新的思路。

背景技術

隨著計算機技術和信息處理技術的快速發展，各類基于互聯網的多媒體技術得到了飛速的發展，用戶可以通過自己的移動設備或各種連接互聯網的傳感器把各種信息傳輸到網絡上。然而隨著互聯網技術的高速發展，信息的安全傳輸和儲存也越來越凸顯其重要性。信息隱藏通常用于保護重要信息在通過不安全信道傳輸時不泄露。信息通常通過互聯網傳輸，但是，傳輸中的重要信息很容易被互聯網上的不明人或黑客攔截。信息隱藏通常用于保護重要信息在不安全信道上傳輸時的泄露。圖像加密是圖像信息隱藏的最重要方法之一。通過使用圖像加密算法，發送方將明文加密為密文。只有授權接收者才能用密鑰解密密文以獲得明文。

在物聯網和大數據時代，多媒體數據每天都會被各式各樣的多媒體傳感器及移動設備獲取。對于這些多媒體大數據的采集需要應對兩個主要挑戰。第一個挑戰是由于傳感器及移動設備計算資源有限，數據量大，實現低成本的采樣壓縮編碼顯得十分必要，壓縮編碼可以降低傳輸帶寬消耗，從而節省傳感器及移動設備的功耗。第二個挑戰是在采樣及傳輸過程中，需要避免非法用戶提取有價值的信息。

為了滿足以上挑戰的要求，壓縮感知已經成為物聯網數據采集的一種很有前景的方法。壓縮感知作為一種新穎的信號獲取理論，自提出以來，迅速在眾多領域引起了高度的關注。有趣的是，壓縮感知框架可以被看作一種加密方案。與傳統加密方案相比，壓縮感知加密方案具有加密過程計算代價低、同時實現加密和壓縮以及具有密文魯棒性等諸多優點。可以說，壓縮感知框架用于信息保護具有廣闊的應用前景。

除了效率方面的考慮外，還有許多關于壓縮感知安全方面的工作。由于壓縮感知可以對圖像進行壓縮，使之不能直接獲取原圖片信息，所以可以將測量矩陣作為密鑰，把壓縮感知的編碼，解碼階段分別當作加密和解密階段，其中Rachlin和Baron在2008年的第46屆Allerton年度通信，控制和計算會議發表的“壓縮感知測量的保密性”論文中第一個證明該密碼系統可以提供計算機密性的密碼系統。

但是對于數據的安全性，僅僅用壓縮感知的方法進行信息保護是不夠的，所以還可以使用一些傳統且快速的方法進一步提高信息傳輸過程的安全性，如張玉書在2018年10月的IEEE的物聯網期刊的第5卷中發表的“多媒體物聯網的低成本保密數據采集”論文中首次把壓縮感知技術應用在物聯網上，并且把壓縮感知和混沌卷積，混沌采樣，單值擴散等技術結合起來，從而實現了良好的保密性。除此以外，本發明引入了一種新型的矩陣求積的計算方法，該方法在保持了傳統矩陣乘法的全部主要性質的同時實現了不同階的高維矩陣數字信號的處理，這樣便可以大大節省構造矩陣的計算資源。

鑒于現有的圖像加密的算法對計算資源的消耗還是比較大，無法實現大量圖像數據的同時加密以及加密圖像容易被攻擊，本發明提出一種基于半張量積的壓縮感知算法對圖像進行加密。

發明內容

本發明涉及了一種基于半張量積的壓縮感知的圖像加密方法，通過使用半張量積乘法作為壓縮感知階段的測量矩陣可以大大減小需要的計算開銷，而壓縮感知本身也減小了傳輸過程中所消耗的資源。該方法屬于數字圖像處理和信息安全的交叉領域。本發明能夠獲得很好的圖像加密及傳輸效果，而具有實現簡單，占用資源小，運行速度快的優點。

本發明需要解決的技術問題是在提高數據傳輸量的同時做到以較低的計算資源消耗對圖像信息進行保密。