[發(fā)明專利]一種基于隱私保護(hù)的用戶可認(rèn)證外包圖像去噪方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010024855.3
• 申請日: 2020-01-10
• 公開（公告）號: CN111241561B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程航;黃逸冰;王美清;陳飛;顏娜招;黃芹健
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: G06F21/60
• 分類號: G06F21/60;G06F21/62;G06F9/50;G06T5/00
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 錢莉;蔡學(xué)俊

1.一種基于隱私保護(hù)的用戶可認(rèn)證外包圖像去噪方法，其特征在于，包括可信第三方TTP、內(nèi)容所有者CO、授權(quán)用戶AU、第一邊緣計算服務(wù)器ES₁、第二邊緣計算服務(wù)器ES₂，包括以下步驟：

步驟S1：可信第三方TTP給內(nèi)容所有者CO、授權(quán)用戶AU和兩個邊緣計算服務(wù)器ES₁、ES₂分配相關(guān)的密鑰；

步驟S2：內(nèi)容所有者CO首先使用由可信第三方TTP分配的密鑰對含噪圖像進(jìn)行加密，并將加密后的圖像發(fā)送到第一邊緣計算服務(wù)器ES₁；第二邊緣計算服務(wù)器ES₂輔助第一邊緣計算服務(wù)器ES₁進(jìn)行密文圖像去噪，并計算所得結(jié)果發(fā)送給第一邊緣計算服務(wù)器ES₁；

步驟S3：授權(quán)用戶AU向相應(yīng)的內(nèi)容所有者CO提出圖像使用請求，并從第一邊緣計算服務(wù)器ES₁獲得相應(yīng)的去噪密文圖像，在自身的私鑰幫助下，授權(quán)用戶AU解密恢復(fù)出所需的明文去噪圖像；

所述步驟S2具體包括以下步驟：

步驟S21：內(nèi)容所有者CO依據(jù)TTP為它分配的密鑰k_CO，對自己所擁有的圖像{I₁,I₂,...,I_M}逐幅進(jìn)行加密，其中圖像大小為m×n；設(shè)給定圖像為I_t(t∈{1,...,M})，其像素表示為v_t(i,j)，其中i∈{1,2,...,m},j∈{1,2,...,n}，且(i,j)表示像素在相應(yīng)圖像中的位置；v_t(i,j)加密后的數(shù)據(jù)記為c_t(i,j),其加密過程如公式(1)所示：

式中，x₁,...,x_g的值是由中國剩余定理求得，diag(v_t(i,j),x₁,...,x_g)是由g+1個變量v_t(i,j),x₁,...,x_g所構(gòu)成的對角矩陣；

步驟S22：當(dāng)數(shù)據(jù)所有者CO將所有的圖像加密完畢后，將加密過的含噪圖像上傳給第一邊緣計算服務(wù)器ES₁，在完成這個步驟之前，數(shù)據(jù)所有者CO對于第一邊緣計算服務(wù)器ES₁發(fā)出的服務(wù)請求有兩種形式，一種是對于自身不愿意分享的圖像只進(jìn)行存儲處理請求，另一種是對于自身愿意分享的圖像進(jìn)行密文去噪處理和用戶授權(quán)驗證請求，前者的情況不做任何處理，而針對后者情況，當(dāng)授權(quán)用戶的授權(quán)驗證通過后，第一邊緣計算服務(wù)器ES₁利用TTP方分發(fā)的密鑰k′_CO對加密上傳的圖像進(jìn)一步處理，即重加密成另一種密文形式C_t(i,j)，即：

此時C_t(i,j)是v_t(i,j)經(jīng)密鑰k加密后的數(shù)據(jù)，其對應(yīng)的密鑰轉(zhuǎn)化機(jī)理如等式(3)所示：

由式(3)進(jìn)一步計算出圖像密文狀態(tài)下的歐式距離的平方：對于密文圖像I_t中以像素v_t(i,j)為中心的搜索窗口N_t(i,j)，和以像素v_t(a,b)為中心的鄰域窗口N_t(a,b)，其中窗口大小d×d，計算它們之間的歐式距離的平方的密文E(Dist(N_t(i,j),N_t(a,b)),k)如公式(4)所示：

又由系統(tǒng)中使用的加密算法具有加法和乘法同態(tài)性，即滿足公式(5)和(6)，則將公式(4)進(jìn)一步化簡為等式(7)：

E(m₁,k)+E(m₂,k)＝E(m₁+m₂,k)； (5)

E(m₁,k)·E(m₂,k)＝E(m₁·m₂,k)； (6)

步驟S23：在公式(7)中第一邊緣計算服務(wù)器ES₁能得到主密鑰k加密下相似塊像素的歐式距離平方，此時第一邊緣計算服務(wù)器ES₁用自己的另一把私鑰將密文數(shù)據(jù)進(jìn)行相似性變換為等式(8)的計算結(jié)果，而第二邊緣計算服務(wù)器ES₂具有與ES₁相對應(yīng)的密鑰為并以此得到明文歐式距離的平方值，其步驟為公式(9)：

式中，是相似性變換函數(shù)，它滿足這樣的關(guān)系：如果存在任意的密文為C＝E(x,k)，則(·)₀₀取矩陣的第一個元素；

步驟S24：第二邊緣計算服務(wù)器ES₂根據(jù)相似像素塊的明文歐式距離獲得相似權(quán)重值w_t((i,j),(a,b))，此處w_t((i,j),(a,b))表示的是第i行j列的像素和第a行b列的像素的兩個相似像素的權(quán)重，依據(jù)公式(10)、(11)得到密文狀態(tài)下的權(quán)重值w_t((i,j),(a,b))：

式中，||·||₂是歐式距離，h為用來控制權(quán)重的衰減的系數(shù)，Ω是相似像素搜索窗口；第二邊緣計算服務(wù)器ES₂在得到相似像素塊的權(quán)重值后，為防止第一邊緣計算服務(wù)器ES₁能得到明文下的權(quán)重值，對其進(jìn)行加密處理：

式中，A為縮放因子；

步驟S25：第二邊緣計算服務(wù)器ES₂把密文狀態(tài)下的權(quán)重值發(fā)送給第一邊緣計算服務(wù)器ES₁；隨后ES₁進(jìn)行再次加密，即計算等式(13)，第二邊緣計算服務(wù)器ES₂經(jīng)過密鑰轉(zhuǎn)化后，得到由主密鑰加密下的權(quán)重值密文如公式(14)：

E(A·w_t((i,j),(a,b)),k)＝k^-1·diag(A·w_t((i,j),(a,b)),x₁,…,x_g)·k； (14)

步驟S26：當(dāng)獲得主密鑰k加密后的權(quán)重值，第一邊緣計算服務(wù)器ES₁便能對加密圖像I_t進(jìn)行非局部均值濾波處理，至此完成去噪工作，如等式(15)所示：